Retrospectiva de startups tecnológicas. Z3: la primera computadora de retransmisión

Decidí comenzar una retrospectiva de nuevas empresas tecnológicas con una increíble historia sobre la creación de la primera computadora en el sentido moderno de la palabra. Esta historia puede parecer fascinante incluso para aquellos que consideran abusiva una palabra nueva.

Z3 fue concebido y creado por el ingenioso ingeniero joven Konrad Zuse en el momento más inoportuno para esto. Él sentó las bases para la primera compañía en Europa continental en desarrollar y vender computadoras en una base comercial.


Alemania, la segunda mitad de los 30 años del siglo pasado. Adolf Hitler ha estado en el poder durante varios años. El país está trabajando en una computadora. El desarrollo continúa a pesar del hecho de que el primer modelo no tiene mucho éxito. Con cada nuevo modelo, el dispositivo se vuelve más perfecto. Z1, Z2, finalmente, en mayo de 1941, aparece la primera versión viable: Z3. En 1943, los Aliados lograron destruir toda la gama de modelos Z1 - Z3, pero para entonces ya se estaba trabajando para crear un modelo mucho más avanzado: Z4. La asamblea se transfiere a los pasajes secretos de las minas, en los que el desarrollo de un programa de misiles de alto secreto está en pleno apogeo. Pase lo que pase, el trabajo en el Z4 logra terminar literalmente en los últimos días de la guerra y llevar secretamente la computadora a Suiza ...

Suena muy siniestro. Pero los clichés están muy lejos de la verdad. Tratemos de aclarar cómo se creó realmente la primera computadora electromecánica y cómo era.
Por supuesto, los militares no podían prescindir de los militares en absoluto, prestaron alguna asistencia, pero en general el desarrollo se llevó a cabo más probablemente contrariamente, y no gracias a personas en uniforme.

Las niñas como motor de progreso.

Konrad Ernst Otto Zuse Konrad Ernst Otto Zuse, a pesar de su nombre completo, nació en la familia de un pequeño funcionario postal en Berlín en 1910. Desde la infancia, el niño se sintió atraído por el diseño. Mientras todavía estaba en la escuela, armó un modelo de trabajo de una máquina de cambio de monedas y se dedicó con entusiasmo a los estudios urbanos: creó un proyecto de ciudad para 37 millones de habitantes. La pasión por los negocios y su gran número surgieron incluso entonces. No es sorprendente que, cuando era joven, ingresó a la Universidad Técnica de Berlín con un título en ingeniería civil. El proceso de aprendizaje no fue tan interesante como parecía en la infancia. Especialmente "conseguido" sopromat. Tuve que pasar horas estudiando los cálculos monótonos y extremadamente tediosos, mientras que los compañeros pasaban tiempo con chicas atractivas ...


Fue entonces, aún en los cursos junior, cuando tuvo la idea de automatizar los cálculos. Al principio, soñaba con crear una calculadora perfecta, pero en el último año quería más.

En 1935, después de graduarse de la universidad, Konrad logra convertirse en ingeniero en la planta de aviación de Henkel. ¿Parecería que en esos años podría ser más interesante que la aviación? Pero en la práctica, los cálculos aburridos tuvieron que darse aún más tiempo, y en su tiempo libre, un joven comienza a pensar en un plan detallado de un dispositivo que podría facilitar este proceso.

Representación de números

Al pensar en el método de implementación más simple de los cálculos, a Conrad se le ocurrió la idea de realizar operaciones con números binarios. En ese momento, había componentes adecuados y asequibles que proporcionaban dos estados estables: relés telefónicos. Decidió tomarlos como base y pensó en formas de implementar las operaciones aritméticas más simples con su ayuda.

Luego, fue necesario determinar cómo ingresar, representar y almacenar números. En pocas palabras, organice la "memoria" y acceda a ella. La mayoría de las calculadoras mecánicas existentes en ese momento proporcionaron datos de entrada utilizando un sistema de engranajes con 10 posiciones.


Números codificados de lectura más avanzados de tarjetas perforadas y podrían tener hasta 20 contadores. Se ingresaron nuevos números agregando tarjetas perforadas.

Para ampliar el rango de cálculos, Conrad decidió realizar operaciones con números de punto flotante en representación binaria. Decidió crear registros de memoria que constan de 22 bits binarios. En cada uno de ellos, se reservaron 14 bits para la mantisa, 7 para el grado y 1 para el signo.

Sin embargo, surgió otro problema. Sí, es mucho más fácil para la calculadora operar con números binarios que con decimales, pero una persona los percibe con gran dificultad, especialmente en una representación de punto flotante.

Para simplificar el trabajo de los operadores, se decidió ingresar los dígitos de los datos de origen en formato decimal, luego traducirlos automáticamente a binario y cargarlos en la memoria. Con el resultado, realice el proceso inverso.

Sistema de memoria

Resolver el problema de la implementación física de la memoria no fue fácil. Los relés electrónicos ocupaban demasiado espacio y consumían mucha energía. Además, el más barato de ellos cuesta más de dos marcas, lo que es un golpe muy sensible. Después de una larga búsqueda de una solución adecuada, a Conrad se le ocurrió una alternativa original: un dispositivo mecánico basado en pasadores de metal. Se puede ubicar un pin pequeño a la izquierda o derecha de la punta, memorizando cero o uno. La instalación y extracción de números se realizó mediante placas. Se pueden ensamblar módulos de memoria separados en una matriz.


Un fragmento del dispositivo de "memoria": todo lo que queda del primer modelo después del bombardeo.

Conrad lo llamó "Memoria de relé mecánico" y en 1936 recibió dos patentes por ello. Según ellos, tal memoria podría expandirse para almacenar miles de palabras. Una implementación alternativa requeriría 40,000 relés. Tal memoria, en principio, podría almacenar cualquier tipo de datos, por lo tanto, en la solicitud de una invención, la llamó "combinacional"

CPU

El diseño de la parte informática del dispositivo fue el más difícil. Conrad experimentó con varias implementaciones durante mucho tiempo. Entre los prototipos incluso había dispositivos con cuatro estados estables, pero al final lograron reducir todo a lógica binaria. Tomó algún tiempo decidir sobre qué base construir la computadora. Utilice relés telefónicos o un dispositivo mecánico original. Según sus estimaciones, al menos mil relés deberían haberse requerido para construir una computadora. Habiendo estimado el costo, el tamaño y la energía que consumen, Konrad se inclinó hacia una versión mecánica, que en ese momento le parecía mucho más simple de implementar.

Si eres tan inteligente, ¿por qué no usaste las lámparas?

Fue muy difícil ensamblar un dispositivo mecánico tan complejo solo, por lo que Konrad decidió atraer a su amigo cercano Helmut Schreyer al proyecto Helmul Schreyer. Se graduó de la universidad con un título en ingeniería de radio y ayudó al departamento a desarrollar relés electromagnéticos. ¡Sus habilidades fueron útiles!


Jóvenes ingenieros Conrad a la izquierda, Helmut a la derecha

A Helmut realmente le gustó la idea, pero preguntó: "¿Por qué no utilizar lámparas electrónicas como elementos de conmutación, que pueden proporcionar velocidades de conmutación decenas de miles de veces más rápidas que los relés?" Al principio, Conrad pensó que era una broma, pero después de escuchar los argumentos de su compañero y con un poco de cerebro, encontró la idea muy interesante. La base de la memoria, el disparador de tubo fue inventado en 1918, pero aún tenía que encontrar soluciones de circuitos para calcular operaciones aritméticas en 1936.

Los conocidos con quienes compartieron la idea se dividieron en dos campos: una idea parecía ingeniosa, otras declararon su completo rechazo. Lo malo fue que el segundo resultó ser principalmente especialistas con experiencia en tubos electrónicos. Su principal argumento fue la baja fiabilidad de las lámparas. Creían que un dispositivo que consta de más de 2000 lámparas fallaría constantemente. Otros problemas irresolubles en esa etapa fueron el alto costo y la escasez de lámparas adecuadas. No importa cuán asombrosas sean las posibilidades que tal solución no promete técnicamente, los amigos mismos no pudieron cumplirla, pero no quisieron abandonarla por completo. Por lo tanto, acordaron que comenzarán a construir una versión mecánica, y Helmut buscará simultáneamente soluciones de circuito para nodos que realizan operaciones matemáticas elementales. En el futuro, tener un prototipo de un dispositivo que funcione en relés mecánicos, no será difícil reemplazar los actuadores con lámparas.

¡Hasta el punto, finalmente!

Principios fundamentales que debe cumplir el dispositivo concebido:

• las operaciones computacionales se llevan a cabo en un sistema binario;
• la máquina funciona con números de coma flotante;
• la memoria y la calculadora se asignaron en varios bloques;
• cálculos de control de software

Hoy parecen obvios, pero no hace 80 años. La mayoría de las primeras computadoras electromecánicas, que aparecieron varios años después, funcionaban con números decimales con un punto fijo, lo que limitaba significativamente el rango de los cálculos, a pesar de que su capacidad de bits era grande.

Después de trabajar como ingeniero durante un año, Conrad pasó a tiempo parcial en 1936 y dedicó todo su tiempo libre a crear una máquina programable. El taller convertido de la casa de los padres se convirtió en un taller de montaje.


Helmut le brindó una asistencia invaluable durante el trabajo de montaje. Inicialmente, los amigos planearon armar un modelo experimental de una computadora mecánica en solo seis semanas, pero en la práctica, como sucede en casi cualquier startup, el tiempo requirió mucho más.

Objetivo para inventos de astucia

Pasaron dos años de arduo trabajo antes de que la máquina finalmente comenzara a mostrar signos de vida. Hoy es difícil creer que dos jóvenes reunieron a este monstruo en su tiempo libre de sus ocupaciones principales, con sus medios modestos. Aquí uno no puede evitar recordar el proverbio ruso: "La necesidad de inventos es astuta".

La máquina estaba ubicada en cuatro escritorios juntos, que apenas soportaban su peso: ¡más de quinientos kilogramos! Consistió en casi 20,000 elementos.
A diferencia de las máquinas de cálculo electromecánicas similares que se desarrollaron durante este período de tiempo, Z1 realizó cálculos con números binarios. Además, los números se ingresaron en el sistema decimal con un punto flotante, y ya dentro de la máquina se convirtieron en binarios de 22 bits utilizando un decodificador mecánico. La entrada de datos se realizó mediante el teclado, cuya función fue desempeñada por una máquina de escribir modificada de forma creativa. Después de la conversión, los valores de entrada se registraron en la memoria interna mecánica. La cantidad de memoria de la máquina fue de 64 palabras. El corazón de la máquina era un "generador de reloj", que funcionaba con un motor eléctrico con una capacidad de aproximadamente 1 kW, prestado de una aspiradora. La frecuencia de funcionamiento del generador fue de 1 Hz, y la velocidad se estabilizó mediante un ingenioso mecanismo.


La máquina funcionaba así: primero, los datos se descifraron y se cargaron en la memoria. Entonces el programa comenzó a ejecutarse. Fue leída de una cinta perforada de papel y mientras se leía, se estaba ejecutando. Con este enfoque, el programa debería haber sido exclusivamente lineal, no se proporcionó ramificación. En conclusión, el valor calculado se convirtió a decimal y se mostró en una pantalla de lámpara.

A pedido urgente del usuario de ASTAPP , quien, según él, personalmente tomó fotos de las computadoras reconstruidas, también informo su punto de vista. Afirma que la salida de datos en Z1 fue un botón, y la fuente del programa no era una cinta perforada, sino una película de 35 mm, como en el modelo Z3 posterior. Es probable que tenga razón, las fuentes en las que me basé podrían tomar los botones del panel de la lámpara. Puedes ver sus fotos en los comentarios a continuación.

Victoria, pero ¿no es pírrica?

La máquina ensamblada en condiciones absolutamente "insalubres" funcionaba, pero decir que no se distinguía por la estabilidad de los cálculos era no decir nada.

Conrad originalmente lo planeó como un modelo para demostrar oportunidades, pero incluso para esto no era muy adecuada. Estaba convencido de esto al tratar de "aumentar" la primera inversión. Incluso dos veces seguidas, un cálculo exitoso no era posible cada vez. Después de otro fracaso, a menudo tuve que lidiar con la reconfiguración. La situación era especialmente mala con el "procesador", la precisión requerida de la fabricación de elementos mecánicos de los cuales en el hogar no era realista. Era extremadamente difícil interesar a ese modelo de inversores, pero Conrad no perdió la esperanza.

Después de una larga búsqueda, logró obtener una audiencia con el propietario retirado de la producción de calculadoras mecánicas, Kurt Pannke, quien lo sacó del aburrimiento. Kurt estaba completamente seguro de que las computadoras habían alcanzado el límite de su perfección, y en el futuro cercano no sería posible encontrar algo nuevo en el campo de la automatización informática. Sin embargo, aceptó visitar el taller y echar un vistazo a Z1. Y luego Konrad finalmente sonrió suerte. Durante la visita del Dr. Panke, la máquina logró realizar varios cálculos seguidos sin una sola falla. El doctor quedó tan impresionado con su trabajo que aceptó proporcionar siete mil Reichsmarks para la mejora del aparato.



Pronto, Konrad volvió a sonreír: los amigos ayudaron a retirar el equipo telefónico del que extrajo unos 800 relés de segunda mano. Más de la mitad de ellos parecían bastante funcionales , al menos a primera vista .

Z2: dos pasos hacia atrás, uno hacia adelante

Para demostrar a los inversores potenciales más serios, era necesario aumentar significativamente la fiabilidad de los cálculos. Conrad decide matar dos pájaros de un tiro, para crear un modelo de trabajo simplificado pero estable, usando una calculadora de relevos. Friends lo ayudó a desarrollar circuitos de células computacionales elementales basadas en relés y se puso a trabajar nuevamente.

Tuve que desmontar completamente la calculadora y la mitad de la memoria, reduciéndola a 16 palabras. La memoria y los decodificadores seguían siendo mecánicos, pero su diseño se simplificó enormemente. Las fallas en su trabajo comenzaron a ocurrir con mucha menos frecuencia. También se decidió abandonar temporalmente los cálculos de coma flotante. En el nuevo modelo, la calculadora funcionaba con números de 16 bits y un punto fijo. Para aumentar la confiabilidad, se mejoró el lector del programa; en lugar de papel, Conrad utilizó una película de 35 mm. La potencia del motor de la aspiradora era suficiente para que la máquina simplificada funcionara tres veces más rápido que la primera opción: la frecuencia del reloj aumentó a tres hertzios. Z2 pudo llevar a cabo 8 instrucciones diferentes.

Z3. ¿La guerra como motor del progreso?

Z2 ganado en 1939. El inspirado Conrad comienza la creación de un tercer modelo, que ya está siendo concebido como una herramienta para la computación real. Sin embargo, la vida comenzó a hacer ajustes significativos a sus planes. Alemania se está preparando para entrar en una guerra a gran escala y necesita ingenieros para desarrollar aviones, los más altos funcionarios militares no pensaron en las computadoras en ese momento. Conrad se cambió la ropa de civil por un uniforme militar, pero al menos no fue enviado al frente. Todavía dedica todo su tiempo libre a la creación del tercer modelo, pero a pesar del hecho de que los amigos lo ayudan activamente, cada vez es más difícil combinar el desarrollo con el servicio militar. El dinero recibido de un business angel se está agotando, la búsqueda del equipo necesario se está volviendo cada vez más difícil: prepararse para la guerra está consumiendo demasiados recursos e incluso tener los medios para comprar los componentes necesarios se está volviendo más difícil. En estas condiciones, no había más remedio que buscar el apoyo de los militares.

En 1940, Conrad buscó una demostración de su modelo Z2 en el Instituto de Investigación Aerodinámica. No se puede decir que hizo un chapoteo allí, pero a su calculadora realmente le gustó el gerente del proyecto para la creación de bombas guiadas, el profesor Teichmann. El profesor busca conectar a Konrad con su proyecto para automatizar los cálculos en el campo de la investigación aerodinámica. Paralelamente, Conrad recibió la financiación y el apoyo organizativo necesarios para completar el trabajo en la computadora Z3. En el mismo año, organizó la empresa Zuse Apparatebau para la producción de máquinas programables.

Además del dinero, Konrad recibió locales y asistentes, gracias a los cuales el proceso de creación de la máquina se aceleró significativamente y el Z3 se puso en funcionamiento en la primavera de 1941. Su arquitectura se parecía mucho al modelo Z1, pero se consideró cinco veces más rápido, y lo más importante, funcionó de manera tan confiable que podría usarse para cálculos reales, en particular, para calcular la forma del ala barrida.


El número de ciclos gastados en la operación

Z3 consistió en 2400 relés. 600 de ellos trabajaron en un módulo informático, el resto desempeñó el papel de memoria de 64 palabras. Se introdujo la protección del resultado del desbordamiento, los resultados del cálculo se obtuvieron en cinta perforada

Z3 fue el primer dispositivo informático ensamblado completamente en relés electromagnéticos. Sin embargo, disputas sobre el primer titular de la computadora . , Z3 , . 1944 MARK — I , . , , , .

Z4

Habiendo terminado de trabajar en Z3, Conrad lidera en 1941 ya en un proyecto secreto para crear la próxima generación de computadoras: Z4.

Paralelamente, Zuse se dedica al desarrollo de computadoras especializadas y pone en funcionamiento en 1942 el modelo S1. Su seguidor S2, que luego trabajó, es quizás la primera computadora industrial del mundo. Recopiló automáticamente datos de varias docenas de sensores y realizó cálculos complejos sobre ellos. Utilizado para construir modelos aerodinámicos.


Desde 1943, Berlín comenzó a ser bombardeada por los aliados. El desarrollo comenzó a complicarse por el hecho de que constantemente tenía que transportar el equipo de un lugar a otro. Los especialistas técnicos y los asistentes fueron reclutados en el ejército y arrojados al frente. Como resultado del siguiente ataque aéreo, Z3 y todo lo que quedaba de Z2 y Z1 para ese momento fue destruido. Al final, unos meses antes del final de la guerra, Conrad fue colocado con un par de asistentes en el lugar más confiable: un búnker en minas abandonadas, donde se estaba desarrollando un programa de misiles alemán de alto secreto.

Las condiciones para trabajar allí eran terribles, pero aún más fue golpeado por el trato a los prisioneros de guerra, desempeñando el papel de mano de obra no calificada.
En los últimos días de la guerra, aprovechando la confusión, Conrad, junto con su esposa embarazada, huye de Berlín en un carro tirado por caballos. Cajas con fragmentos del modelo Z4 inacabado estaban escondidas debajo de una pila de pertenencias.


Entonces se encuentra en el pequeño pueblo bávaro de Hinterstein, y su descendencia inacabada en la esquina más alejada del granero, escondida detrás de una pila de leña. Estos fueron tiempos muy difíciles. Al principio, Conrad se ganó su pan haciendo grabados conmemorativos de madera y vendiéndolos a soldados estadounidenses.

Un pequeño comentario. Inicialmente, los dispositivos informáticos de Konrad se llamaban V1, V2, V3, V4. V vino de Versuchsmodell, un modelo experimental. Pero fueron precisamente estos nombres los que tenían modelos de misiles que se desarrollaban en minas donde trabajaba un poco. Inmediatamente después de la guerra, cambió el nombre de toda la línea, comenzando por la primera letra de su apellido. Las consideraciones morales y éticas, así como la estrategia comercial jugaron un papel en esto. Konrad no quería que su descendencia volviera a recordar la guerra.

Z4 como un fénix surgiendo de las cenizas

Poco a poco, la vida comenzó a mejorar, pero a Alemania se le prohibió durante varios años participar en cualquiera de sus propios desarrollos. Afortunadamente, logramos restablecer lazos con amigos que lograron mudarse al extranjero.

En 1946, Zuse logró atraer capital de riesgo de la Escuela Técnica Superior Suiza e IBM. Se las arregla para mudarse a Suiza, organizó la empresa de informática comercial Zuse Engineering en Hopferau, Zuse-Ingenieurbüro Hopferau, y continúa trabajando en el Z4.

Para entonces, el Z4 ya no era el dispositivo más avanzado. Aparecieron las primeras computadoras de tubo estadounidenses, que funcionaron mucho más rápido. Z4 era solo un orden de magnitud más rápido que su predecesor, y en estructura se parecía mucho a él. Sin embargo, al perder rendimiento, el Z4 tuvo una gran ventaja: era más simple y significativamente más confiable y resultó ser la única computadora electrónica en Europa continental, adecuada para la replicación y el uso comercial en ese momento difícil.

En 1948, Conrad muestra su automóvil al profesor Eduard Stiefel Eduard Stiefelde la empresa ETH-Zürich, quien, después de examinar la máquina, la encontró bastante adecuada para cálculos científicos. Los enchufes se vieron afectados por la facilidad de programación, la buena precisión de los cálculos y el manejo correcto de las excepciones. Z4 operaba con palabras de 32 dígitos, y no 24 como su predecesor.

Conrad recibió 100,000 marcos alemanes para refinar la computadora a una versión comercial que se adapte a ETH. Fue una gran cantidad, mientras que en Alemania el salario promedio fue de 160 marcos.

La creación de un modelo Z4 mejorado requirió 60,000 marcos alemanes y el resto lo invirtió en el desarrollo de su propio negocio. Animado por el éxito, Conrad fundó su propia compañía Zuse KGy comenzó a desarrollar una versión mejorada del Z4. A pedido de EHT, se agregaron la posibilidad de transiciones condicionales, instrucciones para imprimir resultados en una máquina de escribir Mercedes o cinta perforada, grabar resultados en una cinta perforada y otras mejoras. El modelo mejorado se lanzó en 1950 y pudo organizar bucles y ramas. El programa todavía se leía de la cinta perforada e inmediatamente se ejecutaba en pasos, pero se agregó la capacidad de omitir la siguiente instrucción y la transición a otro lector de cinta perforada, que se instalaron en la máquina varias veces. Esto le permitió iniciar saltos condicionales e incluso ejecutar rutinas si la cinta del lector estaba en bucle. La velocidad del reloj de la computadora se ha incrementado a 40 Hz. La memoria, como en el primer modelo, se recopiló en los "relés mecánicos" previamente patentados por Conrad.Esto permitió reducir el número de relés utilizados a 2500 y, en consecuencia, reducir el costo y el consumo de energía de la máquina, que ascendió a 4 kW.

Conrad creó un negocio exitoso, se vendieron y pusieron en funcionamiento varias docenas de computadoras de la serie Z4. Eran tan confiables que se les dejaba trabajar desatendidos durante la noche. La compañía estaba desarrollando dinámicamente, aparecieron nuevos modelos, a veces revolucionarios, que hicieron una gran contribución al desarrollo de la tecnología informática. Pero esta es una historia completamente diferente.

Hizo historia

Los alemanes valoran su historia. Las tres opciones, excepto el modelo de demostración clara Z2, se han restaurado cuidadosamente, lo que es típico principalmente para dinero privado y ahora se exhibe en museos alemanes.




En la Unión Soviética no hubo menos logros en el campo del desarrollo informático. Comenzamos a desarrollar esta industria con un retraso notable, pero rápidamente nos encontramos con los "socios occidentales" y en algún momento tuvimos desarrollos innovadores y simplemente modelos con soluciones interesantes e historia de creación. Sin embargo, la única colección de tamaños sustanciales que conozco dedicada a la tecnología informática antigua se encuentra en el Museo Politécnico de Moscú. Me parece injusto que un país que dedica tanto espacio a los “vínculos espirituales” sea, de hecho, indiferente a la historia de sus logros en ciencia y tecnología. ¡La URSS no vivió como una guerra unida!
Hoy en nuestro país hay muchos multimillonarios, que incluyen "no usar, sino desarrollar Internet", pero los entusiastas que con gran dificultad y por su dinero reunieron una colección de mini computadoras en San Petersburgo no pueden encontrar un lugar adecuado para su exposición, ¿qué podemos decir sobre la reconstrucción? copias destrozadas! Algo está mal en nuestro reino.


Después de haber leído el artículo hasta el final, participe en la encuesta, cuyos resultados son muy interesantes para mí. El tema principal es si un estado totalitario es capaz no solo de hacer un avance en una determinada dirección de la ciencia y la tecnología, sino de mantener constantemente su posición al más alto nivel.

Si el tiempo lo permite, el siguiente artículo, nuevamente, sobre nuevas empresas de computadoras de finales de los ochenta y finales de los noventa, pero por experiencia personal.

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