Konrad Zuse: el soñador que creó la primera computadora

La Segunda Guerra Mundial dio un poderoso impulso al desarrollo de la tecnología y la ciencia. El complejo militar-industrial siempre ha reunido enormes recursos humanos, monetarios y de otro tipo. Y los nazis, en su obsesión con la dominación mundial, trabajaron celosamente especialmente en inventos e innovaciones científicas y tecnológicas. Sin embargo, la historia de la creación de la primera computadora de programación comenzó incluso antes de la guerra, con el deseo habitual de un arquitecto alemán de simplificar su vida.



Konrad Zuse (1910-1995)

El ingeniero e inventor alemán de la primera computadora programable en funcionamiento del mundo, Konrad Zuse, ingresó al mundo de la tecnología de la información casi por accidente. El futuro inventor estaba dotado de buenas habilidades para las bellas artes, y también le encantaba la construcción y la construcción. Por lo tanto, ingresó en la Universidad Técnica de Berlín en la Facultad de Arquitectura e Ingeniería Civil (1930-1935), donde se interesó en las matemáticas y la física. Durante el entrenamiento, estudiando la construcción de edificios y carreteras, Tsuse enfrentó un grave problema. Este tipo de construcción requería resolver enormes sistemas de ecuaciones lineales, que eran muy difíciles de calcular usando una regla de cálculo o incluso una calculadora mecánica de la época.
Como Tsuse recordó:“Yo era estudiante de ingeniería civil en Berlín. Berlín es una ciudad hermosa que abre muchas oportunidades para que un joven pase un buen rato, por ejemplo, con una chica linda. Pero, en cambio, tuvimos que realizar cálculos enormes y terribles ".

Para tales errores de cálculo, los ingenieros utilizaron tablas especiales donde escribieron fórmulas para realizar operaciones básicas en el sistema binario. Fue entonces cuando a Tsuse se le ocurrió la idea de automatizar este proceso mediante la aplicación de un dispositivo informático simple. En otras palabras, invente la primera computadora binaria programable.



(foto de la computadora programable binaria Z1)

A través de espinas hasta las estrellas

En 1936, Zuse completó el plan lógico para su primera computadora V1 (del alemán Versuchsmodell-1, es decir, el "modelo prototipo"). De hecho, los nombres de todas las máquinas deberían haber comenzado con V (de V1 a V4), pero después de la Segunda Guerra Mundial cambió los nombres a Z1-Z4 (la letra inicial del nombre del inventor) para evitar asociaciones desagradables con misiles militares V1-V4.



(esquema del plan)

Tsuse no tenía experiencia en el campo de la electrónica, no tenía el conocimiento suficiente en el campo de la mecánica y, por supuesto, no podía conocer los principios de funcionamiento de otros dispositivos informáticos. Pero estas circunstancias no lo molestaron. El joven inventor comenzó inmediatamente a implementar su idea. Con la ayuda de amigos, recaudó una pequeña cantidad de dinero para investigación y, junto con varios amigos, se puso a trabajar. El proceso de desarrollo y montaje tuvo lugar en el apartamento de sus padres en Berlín: la sala de estar de la casa se convirtió en un verdadero taller. Sin laboratorios especialmente equipados, sin ayuda del gobierno, ministerios o universidades. Conrad hizo todo por sí mismo, creando su computadora de prácticamente nada. Por otro lado, tal vez esta circunstancia le dio una ventaja,dado que pudo mirar de manera diferente las cuestiones de aritmética de máquinas y encontrar un nuevo enfoque para resolver ciertos problemas. Más tarde, el inventor escribió que, debido a la falta de conocimiento, no estaba limitado en su búsqueda del mejor sistema para cálculos automáticos. Después de probar el sistema decimal, Tsuse se detuvo en el binario.



( )

Los mecanismos computacionales que existían en ese momento fueron construidos usando elementos rotativos y operados en valores en el sistema de números decimales. La peculiaridad de Z1 era que se dedicaba al procesamiento de números en el sistema binario y se usaban placas de metal para cambiar no relés. Cabe señalar que estas placas fueron cortadas a mano por Tsuse y sus amigos, con una sierra de calar ordinaria (¡2000 piezas!). Las placas se movieron en una dirección estrictamente definida. Las placas desplazadas que indican los valores de las cantidades calculadas y las operaciones matemáticas movieron una serie de otras placas que cambian el caso de los números binarios y preservan el resultado intermedio. Los datos obtenidos permitieron realizar otras transformaciones. El algoritmo secuencial simple de cálculos realmente establecido por el operador fue el prototipo de un programa de computadora moderno.Una característica notable de la primera computadora fue un teclado para ingresar datos con luces intermitentes para indicar resultados.

El trabajo en la invención tomó más de dos años. En 1938, el Z1 vio la luz del día. Era enorme, consistía en 20,000 partes. Motor eléctrico de 1 kW. proporcionó la frecuencia de reloj de un Hertz (un ciclo por segundo).

Características principales de la

implementación Z1 : placas metálicas delgadas
Frecuencia: 1 Hz
Unidad de cálculo: procesamiento de números de coma flotante
Velocidad de cálculo promedio: multiplicación - 10 segundos, adición - 5 segundos
Entrada de datos: teclado, lector de cinta perforada
Salida de datos: panel de la lámpara (representación decimal) )
Memoria: 64 palabras de 22 bits
Peso: aproximadamente 1000 kg

El primer dispositivo de Zuse no tenía la capacidad de "guardar el programa". Tampoco hubo un comando de rama condicional. ¿Pero vale la pena desear más de una máquina construida con placas de metal y que tiene 64 palabras de memoria? Además, el propio Tsuse desarrolló los fundamentos teóricos para sus computadoras. Estaba familiarizado con el sistema digital binario de Leibniz. Pero no tenía idea sobre el álgebra de George Bull. Tuvo que estudiar la lógica matemática de muchos científicos prominentes para desarrollar su propio sistema, nombrando la notación "combinatoria condicional" (Bedingungskombinatorik).



(sala de trabajo)

El dispositivo mecánico de Zuza era de gran valor científico, demostrando la posibilidad de crear computadoras de software que funcionan con código binario. Pero la fiabilidad de la máquina dejó mucho que desear. El dispositivo se rompió constantemente debido a equipos de baja calidad. Cuando el procesador funcionaba con la memoria, había un problema en la sincronización requerida para evitar una carga mecánica excesiva en las partes móviles. Pero la arquitectura de la invención parecía bastante exitosa y llevó a Zuse a considerar otros tipos de tecnología.

El trabajo adicional en la máquina fue muy influenciado por un amigo de Zuse, un ingeniero electrónico Helmut Schreer. Apreciaba el desarrollo y propuso mejorarlo reemplazando las placas con tubos de vacío. Y al crear un nuevo modelo, mantenga los principios lógicos del anterior, permitiendo a los operadores realizar operaciones matemáticas con números decimales.

En 1938, Zuse y Schreer hicieron una demostración de circuitos electrónicos en la Universidad de Berlín, contando en detalle sobre la construcción de una computadora electrónica. Pero valió la pena mencionar que dicho dispositivo requeriría unos 2.000 tubos de radio y varios miles de lámparas incandescentes, ya que casi fueron ridiculizados. Científicos universitarios clasificaron la empresa como una fantasía de dos soñadores. El hecho es que los dispositivos electrónicos más grandes de la época consistían en unos pocos cientos de tubos electrónicos.
Pero las críticas a los profesores no afectaron la decisión de los amigos de cumplir su plan y armar un nuevo modelo.



(compañeros científicos Zuse y Schreer)

Tratando de encontrar financiación, Zuse intentó contratar a Kurt Panke, un antiguo fabricante de calculadoras mecánicas. Lo que recibió un rechazo cortés. Panke expresó su confianza en que todo lo posible ya se había inventado en el campo de las computadoras. Sin embargo, el antiguo fabricante de calculadoras accedió a visitar el taller de Zuse y quedó tan impresionado con su trabajo que decidió darle al inventor siete mil Reichsmarks.

La búsqueda de la excelencia

El comienzo de la Segunda Guerra Mundial puso fin a la investigación conjunta, Zuse fue reclutado en el ejército nazi. Allí pasó menos de seis meses. Gracias a la petición de influyentes ingenieros y científicos en 1940, Tsuse se desmovilizó en Berlín, donde se convirtió en miembro de la élite científica de Hitler.

Se ha reanudado el trabajo en la creación de una computadora electrónica de retransmisión. Schreer volvió a ofrecer sus servicios. Los científicos recurrieron al liderazgo militar en busca de apoyo financiero, proponiendo desarrollar un dispositivo moderno para la fuerza aérea alemana. Tal máquina podría procesar rápidamente cálculos complejos, aumentando así la efectividad de la aviación táctica. Según los científicos, llevaría unos dos años inventar un aparato de este tipo. Pero los militares se negaron. El liderazgo de la Wehrmacht estaba convencido de que en ese período la Alemania nazi ya alcanzaría la dominación mundial.

Sin perder la esperanza, los científicos recurrieron a los directores de la fábrica de aviones de Berlín "Henschel", que produjo bombarderos tácticos. Y finalmente recibió la aprobación, la gerencia de la planta aprovechó la oportunidad de usar tecnología informática en el proceso de creación de equipos militares. Zuse recibió un departamento especial con los mejores ingenieros electrónicos de la compañía. Y ya a fines de 1940, se puso en funcionamiento el Z2. La nueva computadora estaba equipada con un procesador digital basado en relés y tubos de vacío. Calculó automáticamente una serie de parámetros de la geometría de los estabilizadores de las bombas de los aviones, convirtió su valor analógico en un sistema de números binarios, calculó los datos necesarios utilizando fórmulas ingresadas por el operador de antemano y produjo un resultado final en forma de números decimales. Los resultados fueron enviados inmediatamente a la sala de producción.

En el mismo año, Zuse comenzó el desarrollo de Z3, una máquina completamente construida en un relé, pero con una estructura lógica de Z1 y Z2. Estaba listo para funcionar en 1941, 4 años antes del desarrollo de científicos estadounidenses: la computadora digital electrónica ENIAC.



La computadora programable Z3 se creó sobre la base de relés electrónicos (600 para un dispositivo aritmético, 1400 para memoria y 400 para una unidad de control). En todos los demás aspectos, se parecía a Z1 y Z2: sistema binario, números de coma flotante, dispositivo aritmético con dos registros de 22 bits, control a través de cintas de 8 canales (es decir, el comando consta de 8 bits). Cada una de las palabras podría almacenarse en la memoria de la computadora en un ciclo de reloj. La memoria total total alcanzó 64 palabras de 22 bits. Fue con esta máquina que se aplicó por primera vez el principio moderno de asignación de direcciones de memoria, cuando cada palabra de 22 bits se puede guardar en la memoria o extraer de ella con los comandos PRz y PSz (z es el registro de memoria de acceso aleatorio correspondiente con direcciones del 1 al 64).El módulo aritmético de la computadora estaba compuesto de sumadores paralelos, que se usaban para procesar expresiones logarítmicas y números de coma flotante.

Zuse desarrolló su propio conjunto de instrucciones, que incluía alrededor de diez comandos básicos y varias docenas de comandos adicionales. Era un lenguaje de programación real utilizado para definir algoritmos computacionales complejos. Así que a Zuse también se le atribuye la creación del primer lenguaje de programación de alto nivel: Planckalkül (en alemán Plankalkül - "cálculo de planes"). Sus características características eran: portabilidad libre (independencia de la arquitectura y el conjunto de comandos de la máquina), operadores de condición (excepto ELSE), bucles, subrutinas, falta de recursividad, trabajo con matrices y submatrices, así como sintaxis compleja

En diciembre de 1941, el Z3 fue puesto en funcionamiento e inmediatamente adoptado por los fabricantes de aviones militares. Con la ayuda del Z3 se calcularon las características aerodinámicas y balísticas de los primeros misiles de crucero alemanes.

Después de introducir con éxito el Z3 en la industria militar, Zuse firmó un contrato con el Departamento de Investigación de la Fuerza Aérea Alemana (DIV) para el diseño de una nueva generación de computadora eléctrica.



(Zuse en el fondo de Z3) El

tan esperado Z4

El nuevo modelo era muy similar al Z3, incluyendo todos los desarrollos avanzados de Zuse. Esta computadora incluía elementos: 2500 relés, relés de 21 pasos. Él ya tenía 1024 registros de memoria para almacenar palabras de 22 bits. Gracias a un procesador más potente, la velocidad de conversión de números binarios ha aumentado. Z4 tenía un dispositivo para preparar el programa. También sabía cómo evitar calcular resultados incorrectos. El consumo de energía de la máquina fue de 4 kW.

La creación de una nueva computadora tomó tres años y para diciembre de 1944 el proyecto estaba a punto de completarse. Trabajando en Z4, el inventor se estableció como su principal objetivo construir un prototipo de la máquina, que en el futuro puede ser producido por miles. Pero la falta de los materiales necesarios y la difícil situación en el país (el apogeo de las hostilidades) hicieron esta tarea prácticamente imposible. Durante uno de los ataques aéreos en Berlín, el primer Z3 fue completamente destruido, y cuando el ejército soviético entró en la capital alemana en mayo de 1945, Zuse se vio obligado a huir con su familia a Baviera. Por supuesto, trajo consigo una computadora Z4 ya ensamblada. En los Alpes bávaros, escondió el automóvil hasta tiempos más tranquilos.

Características principales de la

implementación de Z4 : Relés, memoria - placas de metal
Frecuencia: 30 Hz
Unidad de cálculo: procesamiento de números de coma flotante, longitud de palabra de máquina: 32 bits
Velocidad de cálculo promedio: 0.4 segundos para la suma, 0.3 segundos para la multiplicación
Velocidad de cálculo promedio: 11 operaciones de multiplicación por segundo
Entrada de datos: teclado decimal, lector con cintas perforadas
Salida de datos: máquina de escribir de la marca Mercedes
Memoria: 64 palabras de 22 bits
Peso: aproximadamente 1000 kg



(computadora Z4)

En 1948, Zuse contactó al profesor Eduard Stifel, quien reconoció al Z4 como adecuado para cálculos científicos. A pesar de la tecnología ligeramente anticuada de la máquina, Stifel quedó impresionado por la facilidad de programación y el poder del dispositivo aritmético con su capacidad para manejar excepciones.

Animado por el éxito, Zuse creó su propia compañía Zuse KG. De hecho, fue la primera empresa comercial en el mundo dedicada exclusivamente al desarrollo y producción de tecnologías informáticas para las industrias de aviación y óptica, laboratorios universitarios. La compañía lanzó la producción de computadoras comerciales, popular en Alemania en los años 50 (Z5, Z11, Z22 y Z23). Zuse ha creado la primera computadora de memoria magnética Z22.



(computadora con memoria magnética Z22)

A pesar del talento y el celo de la ingeniería, Tsuse se quedó atrás de sus competidores estadounidenses. La Alemania de la posguerra no era el lugar adecuado para la innovación en el futuro electrónico. Todos los fondos del gobierno fueron para reconstruir el país. Sí, y Tsuze no tenía la infraestructura necesaria para un mayor desarrollo. No pudo descubrir nuevos dispositivos y programas a tiempo.

Y ya en los años 60, el mercado informático europeo se llenó activamente de computadoras electrónicas estadounidenses, que gradualmente reemplazaron a las computadoras de Zuse. En 1962, la compañía fue vendida a Brown Boveri and Co, y luego se convirtió en parte de Siemens Corporation.

Konrad Zuse se llamó a sí mismo un hombre apolítico. Consideró que el desarrollo de la tecnología informática en Alemania fue el trabajo de toda su vida y lamentó no haber cumplido su sueño de crear una computadora personal portátil para gente de negocios. En esto se adelantó a los desarrolladores estadounidenses. Después de la venta de la empresa, retomó su antigua pasión: la pintura. E incluso pintó varios retratos de personas famosas en el mundo de la tecnología informática. Uno de ellos fue Bill Gates, a quien Wooze conoció en la exposición.



(Zuse después de su segundo pasatiempo favorito)

Conrad Zuse murió en 1995 en una ciudad de Hühnfeld (Alemania), después de haber vivido hasta los ochenta y cinco años.

Los originales Z1, Z2 y Z3 no han sobrevivido hasta nuestros días, fueron destruidos durante el bombardeo de Berlín en 1945. Pero Zuse logró salvar la computadora Z4, que se encuentra en el lugar de nacimiento del inventor en el Museo Técnico de Berlín.



El Museo de Historia de la Computación de California en Mountain View incluyó póstumamente a Konrad Zuse, como el destacado inventor del primer programa informático totalmente automatizado controlado por computadora.

Source: https://habr.com/ru/post/es386247/