Konrad Zuse: الحالم الذي ابتكر أول كمبيوتر

أعطت الحرب العالمية الثانية دفعة قوية لتطوير التكنولوجيا والعلوم. لطالما جمع المجمع العسكري الصناعي موارد بشرية ونقدية ضخمة وموارد أخرى. والنازيون ، في هوسهم بالهيمنة على العالم ، عملوا بحماسة خاصة على الاختراعات والابتكارات العلمية والتكنولوجية. ومع ذلك ، بدأت قصة إنشاء أول كمبيوتر برمجة حتى قبل الحرب ، مع الرغبة المعتادة لمهندس ألماني في تبسيط حياته.



كونراد زوسي (1910-1995)

دخل المهندس الألماني ومخترع أول كمبيوتر قابل للبرمجة في العالم ، كونراد زوسه ، عالم تكنولوجيا المعلومات عن طريق الصدفة تقريبًا. كان المخترع المستقبلي يتمتع بقدرات جيدة للفنون الجميلة ، كما أحب البناء والتشييد. لذلك ، دخل جامعة برلين التقنية في كلية العمارة والهندسة المدنية (1930-1935) ، حيث أصبح مهتمًا بالرياضيات والفيزياء. أثناء التدريب ، ودراسة تشييد المباني والطرق ، واجهت Tsuse مشكلة خطيرة. يتطلب هذا النوع من البناء حل أنظمة ضخمة من المعادلات الخطية ، والتي كان من الصعب جدًا حسابها باستخدام قاعدة شريحة أو حتى آلة حاسبة ميكانيكية في ذلك الوقت.
كما ذكر تسوز:"كنت طالبا في الهندسة المدنية في برلين. برلين مدينة جميلة تفتح العديد من الفرص أمام الشاب لقضاء وقت ممتع ، على سبيل المثال ، مع فتاة جميلة. لكن بدلاً من ذلك ، كان علينا إجراء حسابات ضخمة ورهيبة ".

لمثل هذه الحسابات الخاطئة ، استخدم المهندسون جداول خاصة حيث قاموا بكتابة الصيغ لأداء العمليات الأساسية في النظام الثنائي. في ذلك الوقت ، توصل Tsuse إلى فكرة أتمتة هذه العملية من خلال تطبيق جهاز حوسبة بسيط. وبعبارة أخرى ، اخترع أول كمبيوتر ثنائي قابل للبرمجة.



(صورة ثنائية قابلة للبرمجة للكمبيوتر Z1) من

خلال الأشواك إلى النجوم

في عام 1936 ، أكمل Zuse الخطة المنطقية لأول كمبيوتر V1 له (من Versuchsmodell-1 الألماني ، أي "نموذج النموذج الأولي"). في الواقع ، كان يجب أن تبدأ أسماء جميع الآلات بالحرف V (من V1 إلى V4) ، ولكن بعد الحرب العالمية الثانية قام بتغيير الأسماء إلى Z1-Z4 (الحرف الأول من اسم المخترع) لتجنب الارتباطات غير السارة مع الصواريخ العسكرية V1-V4.



(مخطط الخطة)

لم يكن لدى Tsuse خبرة في مجال الإلكترونيات ، ولم يكن لديه معرفة كافية في مجال الميكانيكا ، وبالطبع ، لم يتمكن من معرفة مبادئ تشغيل أجهزة الكمبيوتر الأخرى. لكن هذه الظروف لم تزعجه. بدأ المخترع الصغير في تنفيذ فكرته على الفور. وبمساعدة الأصدقاء ، جمع مبلغًا صغيرًا من المال للبحث ، واستعد للعمل مع العديد من الأصدقاء. تمت عملية التطوير والتجميع في شقة والديه في برلين - حيث تحولت غرفة المعيشة المنزلية إلى ورشة عمل حقيقية. لا مختبرات مجهزة تجهيزا خاصا ، ولا مساعدة من الحكومة أو الوزارات أو الجامعات. قام كونراد بكل شيء بنفسه ، حيث ابتكر جهاز الكمبيوتر الخاص به من أي شيء تقريبًا. من ناحية أخرى ، ربما منحه هذا الظرف ميزة ،لأنه كان قادرًا على النظر بشكل مختلف إلى أسئلة الحساب الآلي وإيجاد نهج جديد لحل بعض المشكلات. في وقت لاحق ، كتب المخترع ، بسبب نقص المعرفة ، لم يكن محدودًا في بحثه عن أفضل نظام للحسابات التلقائية. بعد تجربة النظام العشري ، توقف Tsuse عند الثنائي.



( )

تم إنشاء الآليات الحسابية الموجودة في ذلك الوقت باستخدام عناصر دوارة وتشغيلها على القيم في نظام الأرقام العشري. كانت خصوصية Z1 أنها شاركت في معالجة الأرقام في النظام الثنائي وتم استخدام الألواح المعدنية للتبديل وليس التبديلات. وتجدر الإشارة إلى أن Tsuse وأصدقاؤه قطعوا هذه اللوحات يدويًا باستخدام منشار أحادي عادي (2000 قطعة!). تتحرك اللوحات في اتجاه محدد بدقة. الألواح النازحة التي تشير إلى قيم الكميات المحسوبة والعمليات الرياضية نقلت عددًا من الألواح الأخرى التي تغير حالة الأرقام الثنائية وتحافظ على النتيجة الوسيطة. جعلت البيانات التي تم الحصول عليها من الممكن إجراء تحولات أخرى. كانت الخوارزمية التسلسلية البسيطة للحسابات التي وضعها المشغل بالفعل هي النموذج الأولي لبرنامج كمبيوتر حديث.كانت إحدى السمات البارزة للكمبيوتر الأول هي لوحة المفاتيح لإدخال البيانات مع الأضواء الوامضة للإشارة إلى النتائج.

استغرق العمل على الاختراع أكثر من عامين. في عام 1938 ، رأى Z1 النور. كانت ضخمة ، تتكون من 20000 جزء. 1 كيلوواط محرك كهربائي. قدمت تردد ساعة هرتز واحد (دورة واحدة في الثانية).

الخصائص الرئيسية

لتطبيق Z1 : ألواح معدنية رقيقة
التردد: 1 هرتز
وحدة الحوسبة: معالجة أرقام الفاصلة العائمة
متوسط ​​سرعة الحساب: الضرب - 10 ثوانٍ ، الإضافة - 5 ثوان
إدخال البيانات: لوحة المفاتيح ، قارئ الشريط المثقب
إخراج البيانات: لوحة المصباح (تمثيل عشري) )
الذاكرة: 64 كلمة من 22 بت
الوزن: حوالي 1000 كجم

لم يكن جهاز Zuse الأول لديه القدرة على "حفظ البرنامج". لم يكن هناك أيضا قيادة فرع مشروط. ولكن هل يستحق الأمر أن تتمنى المزيد من آلة مبنية من صفائح معدنية ولها 64 كلمة من الذاكرة؟ بالإضافة إلى ذلك ، طور Tsuse نفسه الأسس النظرية لأجهزة الكمبيوتر الخاصة به. كان على دراية بنظام Leibniz الرقمي الثنائي. ولكن لم يكن لديه أي فكرة عن الجبر لجورج بول. كان عليه أن يدرس المنطق الرياضي للعديد من العلماء البارزين من أجل تطوير نظامه الخاص ، وتسمية مصطلح "اندماجي شرطي" (Bedingungskombinatorik).



(صالة العمل)

كان جهاز Zuza الميكانيكي ذا قيمة علمية كبيرة ، مما يثبت إمكانية إنشاء أجهزة كمبيوتر برمجية تعمل مع الشفرة الثنائية. لكن موثوقية الآلة تركت الكثير مما هو مرغوب فيه. تعطل الجهاز باستمرار بسبب ضعف جودة المعدات. عندما كان المعالج يعمل مع الذاكرة ، كانت هناك مشكلة في التزامن المطلوب لمنع الحمل الميكانيكي المفرط على الأجزاء المتحركة. لكن هندسة الاختراع بدت ناجحة تمامًا ودفعت Zuse إلى التفكير في أنواع أخرى من التكنولوجيا.

تأثر العمل الإضافي على الجهاز بشكل كبير بصديق Zuse ، مهندس إلكتروني Helmut Schreer. وأعرب عن تقديره للتطوير واقترح تحسينه عن طريق استبدال الصفائح بأنابيب مفرغة. وعند إنشاء نموذج جديد ، احتفظ بالمبادئ المنطقية للنموذج السابق فيه ، مما يسمح للمشغلين بإجراء عمليات رياضية بأرقام عشرية.

في عام 1938 ، قدم زوسي وشرير عرضًا للدوائر الإلكترونية في جامعة برلين ، يخبران بالتفصيل عن إنشاء جهاز كمبيوتر إلكتروني. ولكن كان من الجدير بالذكر أن مثل هذا الجهاز سيتطلب حوالي 2000 أنبوب راديو وعدة آلاف من المصابيح المتوهجة ، حيث تم السخرية منها تقريبًا. صنف علماء الجامعة المشروع على أنه خيال لحالمين. والحقيقة هي أن أكبر الأجهزة الإلكترونية في ذلك الوقت كانت تتألف من بضع مئات من الأنابيب الإلكترونية فقط.
لكن انتقاد الأساتذة لم يؤثر على قرار الأصدقاء بتحقيق خطتهم وتجميع نموذج جديد.



(زملائه العلماء زوسي وشرير)

في محاولة للعثور على تمويل ، حاولت Zuse التعاقد مع Kurt Panke ، الشركة المصنعة السابقة للآلات الحاسبة الميكانيكية. ما حصل على رفض مهذب. أعرب بانكي عن ثقته في أن كل شيء ممكن تم اختراعه بالفعل في مجال أجهزة الكمبيوتر. ومع ذلك ، وافق الصانع السابق للآلات الحاسبة على زيارة ورشة Zuse وأعجب بعمله لدرجة أنه قرر منح المخترع سبعة آلاف Reichsmarks.

السعي إلى التميز

وضعت نهاية الحرب العالمية الثانية نهاية للبحوث المشتركة ، وتمت صياغة Zuse في الجيش النازي. أمضى هناك أقل من ستة أشهر. بفضل الالتماس من المهندسين والعلماء المؤثرين في عام 1940 ، تم تسريح Tsuse في برلين ، حيث أصبح عضوًا في النخبة العلمية لهتلر.

استؤنف العمل على إنشاء حاسوب إلكتروني مرحل. عرض شرير مرة أخرى خدماته. تحول العلماء إلى القيادة العسكرية للحصول على الدعم المالي ، واقترحوا تطوير جهاز حديث للقوات الجوية الألمانية. يمكن لهذه الآلة معالجة الحسابات المعقدة بسرعة ، وبالتالي زيادة فعالية الطيران التكتيكي. وفقا للعلماء ، سيستغرق اختراع مثل هذا الجهاز حوالي عامين. لكن الجيش رفض. كانت قيادة الفيرماخت مقتنعة بأن ألمانيا النازية ستحقق بالفعل هيمنة على العالم في مثل هذه الفترة.

دون أن يفقد الأمل ، لجأ العلماء إلى مديري مصنع طائرات برلين "هنشل" ، الذي أنتج قاذفات تكتيكية. وأخيراً حصلت إدارة المصنع على الموافقة ، واغتنمت الفرصة لاستخدام تكنولوجيا الكمبيوتر في عملية إنشاء المعدات العسكرية. تم تزويد Zuse بقسم خاص مع أفضل المهندسين الإلكترونيين في الشركة. وبحلول نهاية عام 1940 ، تم تشغيل Z2. تم تجهيز الكمبيوتر الجديد بمعالج رقمي قائم على مرحلات وأنابيب فراغ. قام تلقائيًا بحساب عدد من المعلمات الهندسية لمثبتات القنابل الجوية ، وتحويل قيمتها التناظرية إلى نظام رقم ثنائي ، وحساب البيانات اللازمة باستخدام الصيغ التي تم إدخالها مسبقًا من قبل المشغل ، وأنتج نتيجة نهائية في شكل أرقام عشرية. تم إرسال النتائج على الفور إلى قاعة الإنتاج.

في نفس العام ، بدأت Zuse تطوير Z3 - وهي آلة مبنية بالكامل على التتابع ، ولكن مع بنية منطقية من Z1 و Z2. كانت جاهزة للعمل في عام 1941 ، قبل 4 سنوات من تطوير العلماء الأمريكيين - الكمبيوتر الرقمي الإلكتروني ENIAC.



تم إنشاء جهاز الكمبيوتر القابل للبرمجة Z3 على أساس المرحلات الإلكترونية (600 لجهاز حسابي ، و 1400 للذاكرة و 400 لوحدة التحكم). في جميع الجوانب الأخرى ، كان يشبه Z1 و Z2: النظام الثنائي ، وأرقام النقطة العائمة ، والجهاز الحسابي مع اثنين من سجلات 22 بت ، والتحكم عبر 8 أشرطة شرائط (أي يتكون الأمر من 8 بت). يمكن تخزين كل كلمة في ذاكرة الكمبيوتر في دورة ساعة واحدة. بلغ إجمالي الذاكرة 64 كلمة من 22 بت. باستخدام هذا الجهاز ، تم تطبيق المبدأ الحديث لتخصيص عنوان الذاكرة لأول مرة ، عندما يمكن وضع كل كلمة من 22 بت في الذاكرة أو استخراجها منها باستخدام الأمرين PRz و PSz (z هو تسجيل ذاكرة الوصول العشوائي المقابل بعناوين من 1 إلى 64).تتكون الوحدة الحسابية للكمبيوتر من إضافات متوازية ، تم استخدامها لمعالجة التعبيرات اللوغاريتمية وأرقام الفاصلة العائمة.

طور Zuse مجموعته من التعليمات ، والتي تضمنت حوالي عشرة أوامر أساسية وعشرات الأوامر الإضافية. كانت لغة برمجة حقيقية تستخدم لتحديد الخوارزميات الحاسوبية المعقدة. لذا يُنسب إلى Zuse أيضًا إنشاء أول لغة برمجة عالية المستوى - Planckalkül (باللغة الألمانية Plankalkül - "حساب التفاضل والتكامل للخطط"). كانت سماته المميزة هي: قابلية النقل الحر (الاستقلال عن الهندسة المعمارية ومجموعة أوامر الآلة) ، عوامل التشغيل (باستثناء ELSE) ، الحلقات ، الروتينات الفرعية ، عدم التكرار ، العمل مع المصفوفات والصفائف الفرعية ، بالإضافة إلى البنية المعقدة

في ديسمبر 1941 ، تم تشغيل Z3 وتم تبنيه على الفور من قبل الشركات المصنعة للطائرات العسكرية. بمساعدة Z3 تم حساب الخصائص الديناميكية الهوائية والصواريخ البالستية لأول صواريخ كروز ألمانية.

بعد إدخال Z3 بنجاح في الصناعة العسكرية ، وقعت Zuse عقدًا مع قسم أبحاث القوات الجوية الألمانية (DIV) لتصميم جيل جديد من الكمبيوتر الكهربائي.



(Zuse على خلفية Z3)

Z4 الذي طال انتظاره

كان النموذج الجديد مشابهًا جدًا لـ Z3 ، بما في ذلك جميع التطورات المتقدمة لـ Zuse. تضمن هذا الكمبيوتر عناصر: 2500 مرحل ، و 21 خطوة مرحلية. كان لديه بالفعل 1024 ذاكرة ذاكرة لتخزين كلمات 22 بت. بفضل معالج أكثر قوة ، زادت سرعة تحويل الأرقام الثنائية. كان لدى Z4 جهاز لإعداد البرنامج. كان يعرف أيضًا كيفية تجنب حساب النتائج غير الصحيحة. كان استهلاك الطاقة للآلة 4 كيلوواط.

استغرق إنشاء جهاز كمبيوتر جديد ثلاث سنوات وبحلول ديسمبر 1944 كان المشروع على وشك الانتهاء. من خلال العمل على Z4 ، حدد المخترع هدفه الرئيسي لبناء نموذج أولي للآلة ، والذي يمكن إنتاجه في المستقبل بالآلاف. لكن نقص المواد الضرورية والوضع الصعب في البلاد (ذروة الأعمال العدائية) جعل هذه المهمة مستحيلة عمليا. خلال إحدى الغارات الجوية على برلين ، تم تدمير أول Z3 بالكامل ، وعندما دخل الجيش السوفييتي العاصمة الألمانية في مايو 1945 ، أجبر زوسي على الفرار مع عائلته إلى بافاريا. بالطبع ، أحضر معه جهاز كمبيوتر Z4 تم تجميعه بالفعل. في جبال الألب البافارية ، أخفى السيارة حتى الأوقات الأكثر هدوءًا.

الخصائص الرئيسية

لتنفيذ Z4 : المرحلات ، الذاكرة - الصفائح المعدنية
التردد: 30 هرتز
وحدة الحوسبة: معالجة أرقام الفاصلة العائمة ، طول كلمة الآلة - 32 بت
متوسط ​​سرعة الحساب: 0.4 ثانية للإضافة ، 0.3 ثانية للضرب
متوسط ​​سرعة الحساب: 11 عملية ضرب في الثانية
إدخال البيانات: لوحة المفاتيح العشرية ، القارئ مع أشرطة مثقبة
إخراج البيانات: آلة كاتبة من ماركة مرسيدس
الذاكرة: 64 كلمة من 22 بت
الوزن: حوالي 1000 كجم



(كمبيوتر Z4)

في عام 1948 ، اتصلت Zuse بالأستاذ Eduard Stifel ، الذي اعتبر Z4 مناسبًا للحسابات العلمية. على الرغم من التكنولوجيا القديمة قليلاً للآلة ، أعجب Stifel بسهولة البرمجة وقوة الجهاز الحسابي مع قدرته على التعامل مع الاستثناءات.

بتشجيع من النجاح ، أنشأ Zuse شركته الخاصة Zuse KG. في الواقع ، كانت أول شركة تجارية في العالم تعمل حصريًا في تطوير وإنتاج تقنيات الكمبيوتر لصناعة الطيران والصناعات البصرية ، والمختبرات الجامعية. أطلقت الشركة إنتاج أجهزة الكمبيوتر التجارية الشهيرة في ألمانيا في الخمسينيات (Z5 و Z11 و Z22 و Z23). قامت Zuse بإنشاء أول كمبيوتر ذاكرة مغناطيسية Z22.



(كمبيوتر بذاكرة مغناطيسية Z22)

على الرغم من المواهب الهندسية والحماس ، تخلف Tsuse عن منافسيه الأمريكيين. لم تكن ألمانيا ما بعد الحرب المكان المناسب للابتكار في المستقبل الإلكتروني. ذهبت جميع الأموال الحكومية لإعادة بناء البلاد. نعم ، ولم يكن لدى تسوز البنية التحتية اللازمة لمزيد من التطوير. لم يتمكن من معرفة الأجهزة والبرامج الجديدة في الوقت المناسب.

وفي الستينيات ، كانت سوق الكمبيوتر الأوروبية مليئة بنشاط بأجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الأمريكية ، والتي حلت محل أجهزة الكمبيوتر من Zuse تدريجيًا. في عام 1962 ، تم بيع الشركة إلى Brown Boveri and Co ، وأصبحت فيما بعد جزءًا من شركة Siemens Corporation.

وصف كونراد زوسي نفسه بأنه رجل غير سياسي. اعتبر أن تطوير تكنولوجيا الكمبيوتر في ألمانيا هو عمل طوال حياته وأعرب عن أسفه لأنه لم يحقق حلمه في إنشاء كمبيوتر شخصي محمول لرجال الأعمال. في هذا كان متقدما على المطورين الأمريكيين. بعد بيع الشركة ، أخذ شغفه الطويل - الرسم. حتى أنه رسم عدة صور لأشخاص مشهورين في عالم تكنولوجيا الكمبيوتر. أحدهم كان بيل جيتس ، الذي التقى به ووز في المعرض.



(Zuse بعد هوايته المفضلة الثانية)

توفي Conrad Zuse في عام 1995 في مدينة في Hühnfeld (ألمانيا) ، بعد أن عاش في الخامسة والثمانين من عمره.

النسخ الأصلية Z1 و Z2 و Z3 لم تنج حتى يومنا هذا ، فقد تم تدميرها خلال قصف برلين عام 1945. لكن Zuse تمكنت من إنقاذ الكمبيوتر Z4 ، الذي يقع في مسقط رأس المخترع في المتحف الفني في برلين.



تضمن متحف كاليفورنيا لتاريخ الكمبيوتر في ماونتن فيو بعد وفاته كونراد زوسي ، كمخترع بارز لأول برنامج كمبيوتر آلي بالكامل يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر.

Source: https://habr.com/ru/post/ar386247/