Konrad Zuse: pemimpi yang menciptakan komputer pertama

Perang Dunia Kedua memberi dorongan kuat untuk pengembangan teknologi dan sains. Kompleks industri militer selalu mengumpulkan sumber daya manusia, moneter, dan lainnya yang sangat besar. Dan Nazi, dalam obsesi mereka dengan dominasi dunia, terutama bekerja dengan penuh semangat pada penemuan dan inovasi ilmiah dan teknologi. Namun demikian, kisah penciptaan komputer pemrograman pertama dimulai bahkan sebelum perang, dengan keinginan seorang arsitek Jerman untuk menyederhanakan hidupnya.



Konrad Zuse (1910-1995)

Insinyur Jerman dan penemu komputer terprogram pertama di dunia yang bekerja, Konrad Zuse, memasuki dunia teknologi informasi hampir secara tidak sengaja. Penemu masa depan itu diberkahi dengan kemampuan yang baik untuk seni rupa, dan juga menyukai bangunan dan konstruksi. Oleh karena itu, ia memasuki Universitas Teknik Berlin di Fakultas Arsitektur dan Teknik Sipil (1930-1935), di mana ia menjadi tertarik pada matematika dan fisika. Selama pelatihan, mempelajari pembangunan gedung dan jalan, Tsuse menghadapi masalah serius. Jenis konstruksi ini membutuhkan penyelesaian sistem persamaan linear yang sangat besar, yang sangat sulit untuk dihitung menggunakan aturan geser atau bahkan kalkulator mekanis pada waktu itu.
Seperti yang diingat Tsuse:“Saya adalah seorang mahasiswa teknik sipil di Berlin. Berlin adalah kota yang indah yang membuka banyak peluang bagi seorang pemuda untuk bersenang-senang, misalnya, dengan seorang gadis cantik. Tetapi sebaliknya, kami harus melakukan perhitungan besar dan mengerikan. "

Untuk kesalahan perhitungan seperti itu, insinyur menggunakan tabel khusus di mana mereka menuliskan rumus untuk melakukan operasi dasar dalam sistem biner. Saat itulah Tsuse datang dengan ide untuk mengotomatisasi proses ini dengan menerapkan perangkat komputasi sederhana. Dengan kata lain, ciptakan komputer biner pertama yang dapat diprogram.



(foto komputer biner Z1 diprogram)

Melalui duri ke bintang-bintang

Pada tahun 1936, Zuse menyelesaikan rencana logis untuk komputer V1 pertamanya (dari German Versuchsmodell-1, yaitu, "model prototipe"). Sebenarnya, nama-nama semua mesin harus dimulai dengan V (dari V1 ke V4), tetapi setelah Perang Dunia II ia mengubah nama menjadi Z1-Z4 (huruf awal nama penemu) untuk menghindari hubungan yang tidak menyenangkan dengan rudal militer V1-V4.



(garis besar rencana)

Tsuse tidak memiliki pengalaman di bidang elektronik, tidak memiliki pengetahuan yang memadai di bidang mekanika, dan tentu saja, tidak bisa mengetahui prinsip-prinsip pengoperasian perangkat komputasi lain. Tetapi keadaan ini tidak mengganggunya. Penemu muda itu segera mulai menerapkan idenya. Dengan bantuan teman-teman, ia mengumpulkan sedikit uang untuk penelitian dan, bersama dengan beberapa teman, mulai bekerja. Proses pengembangan dan perakitan berlangsung di apartemen orangtuanya di Berlin - ruang tamu rumah berubah menjadi bengkel nyata. Tidak ada laboratorium yang dilengkapi secara khusus, tidak ada bantuan dari pemerintah, kementerian atau universitas. Conrad melakukan semuanya sendiri, menciptakan komputernya dari apa pun. Di sisi lain, mungkin keadaan ini memberinya keuntungan,karena dia mampu melihat secara berbeda pada pertanyaan-pertanyaan tentang aritmatika mesin dan menemukan pendekatan baru untuk memecahkan masalah-masalah tertentu. Kemudian, sang penemu menulis bahwa, karena kurangnya pengetahuan, ia tidak terbatas dalam mencari sistem terbaik untuk perhitungan otomatis. Setelah mencoba sistem desimal, Tsuse berhenti di biner.



( )

Mekanisme komputasi yang ada pada waktu itu dibangun menggunakan elemen berputar dan dioperasikan pada nilai-nilai dalam sistem angka desimal. Keunikan Z1 adalah bahwa ia terlibat dalam pemrosesan angka dalam sistem biner dan pelat logam digunakan untuk beralih bukan relay. Perlu dicatat bahwa lempengan-lempengan ini dipotong oleh Tsuse dan teman-temannya dengan tangan, dengan jigsaw biasa (2000 keping!). Pelat bergerak ke arah yang ditentukan dengan ketat. Pelat bergeser yang menunjukkan nilai-nilai dari jumlah yang dihitung dan operasi matematika memindahkan sejumlah lempeng lain yang mengubah kasus angka biner dan mempertahankan hasil antara. Data yang diperoleh memungkinkan untuk melakukan transformasi lain. Algoritma perhitungan sekuensial sederhana yang sebenarnya ditetapkan oleh operator adalah prototipe program komputer modern.Fitur penting dari komputer pertama adalah keyboard untuk memasukkan data dengan lampu berkedip untuk menunjukkan hasil.

Pengerjaan penemuan ini membutuhkan waktu lebih dari dua tahun. Pada tahun 1938, Z1 melihat cahaya hari. Itu sangat besar, terdiri dari 20.000 bagian. 1 kW motor listrik. menyediakan frekuensi clock satu Hertz (satu siklus per detik).

Karakteristik utama

Implementasi Z1 : pelat logam tipis
Frekuensi: 1 Hz
Unit komputasi: pemrosesan angka floating point
Kecepatan perhitungan rata-rata: multiplikasi - 10 detik, penambahan - 5 detik
Input data: keyboard, punch tape reader
Data output: panel lampu (representasi desimal) )
Memori: 64 kata 22 bit
Berat: sekitar 1000 kg

Perangkat pertama Zuse tidak memiliki kemampuan untuk "menyimpan program." Juga tidak ada perintah cabang bersyarat. Tetapi apakah layak untuk berharap lebih dari mesin yang dibuat dari pelat logam dan memiliki 64 kata memori? Selain itu, Tsuse sendiri mengembangkan fondasi teoritis untuk komputernya. Dia akrab dengan sistem digital biner Leibniz. Tetapi tidak tahu tentang aljabar George Bull. Dia harus mempelajari logika matematika dari banyak ilmuwan terkemuka untuk mengembangkan sistemnya sendiri, menamai notasi "Combinatorial Bersyarat" (Bedingungskombinatorik).



(ruang kerja)

Perangkat mekanis Zuza memiliki nilai ilmiah yang besar, membuktikan kemungkinan menciptakan perangkat lunak komputer yang bekerja dengan kode biner. Tetapi keandalan mesin meninggalkan banyak yang harus diinginkan. Perangkat terus-menerus rusak karena peralatan berkualitas buruk. Ketika prosesor bekerja dengan memori, ada masalah dalam sinkronisasi yang diperlukan untuk mencegah beban mekanis yang berlebihan pada bagian yang bergerak. Tetapi arsitektur penemuan ini tampak cukup sukses dan mendorong Zuse untuk mempertimbangkan jenis teknologi lainnya.

Pekerjaan lebih lanjut pada mesin sangat dipengaruhi oleh seorang teman Zuse, seorang insinyur elektronik Helmut Schreer. Dia menghargai pengembangan dan mengusulkan untuk memperbaikinya dengan mengganti pelat dengan tabung vakum. Dan ketika membuat model baru, pertahankan prinsip-prinsip logis dari yang sebelumnya di dalamnya, yang memungkinkan operator untuk melakukan operasi matematika dengan angka desimal.

Pada tahun 1938, Zuse dan Schreer memberikan demonstrasi sirkuit elektronik di Universitas Berlin, menceritakan secara rinci tentang pembangunan komputer elektronik. Tetapi perlu disebutkan bahwa alat seperti itu akan membutuhkan sekitar 2.000 tabung radio dan beberapa ribu lampu pijar, karena mereka hampir diejek. Ilmuwan universitas mengklasifikasikan usaha itu sebagai fantasi dua pemimpi. Faktanya adalah bahwa perangkat elektronik terbesar pada waktu itu hanya terdiri dari beberapa ratus tabung elektronik.
Namun kritik terhadap profesor tidak memengaruhi keputusan teman untuk memenuhi rencana mereka dan menyusun model baru.



(sesama ilmuwan Zuse dan Schreer)

Berusaha mencari pendanaan, Zuse mencoba mengontrak Kurt Panke, mantan produsen kalkulator mekanik. Yang menerima penolakan sopan. Panke menyatakan keyakinannya bahwa segala sesuatu yang mungkin telah ditemukan di bidang komputer. Namun demikian, mantan produsen kalkulator setuju untuk mengunjungi bengkel Zuse dan sangat terkesan dengan pekerjaannya sehingga ia memutuskan untuk memberikan kepada penemu tujuh ribu Reichsmark.

Mengejar keunggulan

Awal Perang Dunia Kedua mengakhiri penelitian bersama, Zuse direkrut menjadi tentara Nazi. Di sana dia menghabiskan waktu kurang dari enam bulan. Berkat petisi insinyur dan ilmuwan berpengaruh pada tahun 1940, Tsuse didemobilisasi di Berlin, di mana ia menjadi anggota elit ilmiah Hitler.

Bekerja pada penciptaan komputer elektronik relay telah dilanjutkan. Schreer kembali menawarkan jasanya. Para ilmuwan beralih ke kepemimpinan militer untuk mendapatkan dukungan keuangan, mengusulkan untuk mengembangkan perangkat modern untuk angkatan udara Jerman. Mesin seperti itu dapat dengan cepat memproses perhitungan yang rumit, sehingga meningkatkan efektivitas penerbangan taktis. Menurut para ilmuwan, perlu sekitar dua tahun untuk menciptakan alat semacam itu. Tetapi militer menolak. Kepemimpinan Wehrmacht yakin bahwa dalam periode seperti itu Nazi Jerman akan mencapai dominasi dunia.

Tanpa kehilangan harapan, para ilmuwan beralih ke direktur pabrik pesawat terbang Berlin "Henschel", yang menghasilkan pembom taktis. Dan akhirnya mendapat persetujuan, manajemen pabrik mengambil kesempatan untuk menggunakan teknologi komputer dalam proses menciptakan peralatan militer. Zuse diberi departemen khusus dengan insinyur elektronik terbaik perusahaan. Dan sudah pada akhir 1940, Z2 dioperasikan. Komputer baru ini dilengkapi dengan prosesor digital berdasarkan relay dan tabung vakum. Dia secara otomatis menghitung sejumlah parameter geometri dari stabilisator bom udara, mengubah nilai analognya menjadi sistem bilangan biner, menghitung data yang diperlukan menggunakan formula yang sebelumnya dimasukkan oleh operator, dan menghasilkan hasil akhir dalam bentuk angka desimal. Hasilnya dikirim segera ke ruang produksi.

Pada tahun yang sama, Zuse memulai pengembangan Z3 - mesin yang sepenuhnya dibangun di atas relai, tetapi dengan struktur logis dari Z1 dan Z2. Sudah siap untuk beroperasi pada tahun 1941, 4 tahun sebelum pengembangan ilmuwan Amerika - komputer digital elektronik ENIAC.



Komputer yang dapat diprogram Z3 dibuat berdasarkan relay elektronik (600 untuk perangkat aritmatika, 1400 untuk memori dan 400 untuk unit kontrol). Dalam semua aspek lain, itu menyerupai Z1 dan Z2: sistem biner, angka floating point, perangkat aritmatika dengan dua register 22-bit, kontrol melalui 8 saluran kaset (mis. Perintah terdiri dari 8 bit). Setiap kata dapat disimpan dalam memori komputer dalam satu siklus jam. Total memori total mencapai 64 kata 22 bit. Itu dengan mesin ini bahwa prinsip modern alokasi alamat memori pertama kali diterapkan, ketika setiap kata 22-bit dapat dimasukkan ke dalam memori atau diekstraksi darinya dengan perintah PRz dan PSz (z adalah register memori akses acak yang sesuai dengan alamat 1 hingga 64).Modul aritmatika komputer terdiri dari pengaya paralel, yang digunakan untuk memproses ekspresi logaritmik dan angka floating point.

Zuse mengembangkan seperangkat instruksi sendiri, yang mencakup sekitar sepuluh perintah dasar dan beberapa lusin perintah tambahan. Itu adalah bahasa pemrograman nyata yang digunakan untuk mendefinisikan algoritma komputasi yang kompleks. Jadi Zuse juga dikreditkan dengan menciptakan bahasa pemrograman tingkat tinggi pertama - Planckalkül (dalam bahasa Jerman Plankalkül - "kalkulus rencana"). Fitur khasnya adalah: portabilitas gratis (bebas dari arsitektur dan serangkaian perintah mesin), operator kondisi (kecuali ELSE), loop, subrutin, kurangnya rekursi, bekerja dengan array dan sub-array, serta sintaksis kompleks

Pada Desember 1941, Z3 dioperasikan dan segera diadopsi oleh produsen pesawat militer. Itu dengan bantuan Z3 bahwa karakteristik aerodinamis dan balistik rudal jelajah Jerman pertama dihitung.

Setelah berhasil memperkenalkan Z3 ke dalam industri militer, Zuse menandatangani kontrak dengan Departemen Penelitian Angkatan Udara Jerman (DIV) untuk desain generasi baru komputer listrik.



(Zuse di latar belakang Z3)

Z4 yang telah lama ditunggu

Model baru ini sangat mirip dengan Z3, termasuk semua perkembangan maju Zuse. Komputer ini termasuk elemen: 2500 relay, 21 step relay. Dia sudah memiliki 1024 register memori untuk menyimpan kata-kata 22-bit. Berkat prosesor yang lebih kuat, kecepatan konversi angka biner telah meningkat. Z4 memiliki perangkat untuk menyiapkan program. Dia juga tahu bagaimana menghindari menghitung hasil yang salah. Konsumsi daya mesin adalah 4 kW.

Pembuatan komputer baru memakan waktu tiga tahun dan pada Desember 1944 proyek ini hampir selesai. Bekerja pada Z4, penemu menetapkan sebagai tujuan utamanya untuk membangun prototipe mesin, yang di masa depan dapat diproduksi oleh ribuan. Tetapi kurangnya bahan-bahan yang diperlukan dan situasi sulit di negara itu (ketinggian permusuhan) membuat tugas ini praktis mustahil. Selama salah satu serangan udara di Berlin, Z3 pertama hancur total, dan ketika tentara Soviet memasuki ibu kota Jerman pada Mei 1945, Zuse terpaksa melarikan diri bersama keluarganya ke Bavaria. Tentu saja, ia membawa komputer Z4 yang sudah dirakit. Di Bavarian Alps, dia menyembunyikan mobil sampai waktu yang lebih tenang.

Karakteristik utama

Implementasi Z4 : Relay, memori - pelat logam
Frekuensi: 30 Hz
Unit komputasi: pemrosesan angka floating point, panjang kata mesin - 32 bit
Kecepatan perhitungan rata-rata: 0,4 detik untuk penambahan, 0,3 detik untuk perkalian
Kecepatan perhitungan rata-rata: 11 operasi perkalian per detik
Input data: keyboard desimal, pembaca dengan punch tape
Output data: mesin tik merek Mercedes
Memori: 64 kata 22 bit
Berat: sekitar 1000 kg



(komputer Z4)

Pada tahun 1948, Zuse menghubungi Profesor Eduard Stifel, yang mengakui Z4 cocok untuk perhitungan ilmiah. Terlepas dari teknologi mesin yang agak kuno, Stifel terkesan dengan kemudahan pemrograman dan kekuatan perangkat aritmatika dengan kemampuannya menangani pengecualian.

Terdorong oleh kesuksesan, Zuse menciptakan perusahaannya sendiri Zuse KG. Bahkan, itu adalah perusahaan komersial pertama di dunia yang secara eksklusif terlibat dalam pengembangan dan produksi teknologi komputer untuk industri penerbangan dan optik, laboratorium universitas. Perusahaan ini meluncurkan produksi komputer komersial, populer di Jerman pada tahun 50-an (Z5, Z11, Z22 dan Z23). Zuse telah menciptakan komputer memori magnetik Z22 pertama.



(komputer dengan memori magnetik Z22)

Meskipun memiliki bakat dan semangat dalam bidang teknik, Tsuse tertinggal di belakang para pesaing Amerikanya. Jerman pasca-perang bukanlah tempat yang tepat untuk inovasi di masa depan elektronik. Semua dana pemerintah digunakan untuk membangun kembali negara. Ya, dan Tsuze tidak memiliki infrastruktur yang diperlukan untuk pengembangan lebih lanjut. Dia tidak bisa mencari tahu tentang perangkat dan program baru dalam waktu.

Dan sudah di tahun 60-an, pasar komputer Eropa secara aktif dipenuhi dengan komputer elektronik Amerika, yang secara berangsur-angsur menggantikan komputer Zuse. Pada tahun 1962, perusahaan dijual ke Brown Boveri and Co, dan kemudian menjadi bagian dari Siemens Corporation.

Konrad Zuse menyebut dirinya pria yang apolitis. Dia menganggap perkembangan teknologi komputer di Jerman sebagai karya seumur hidupnya dan menyesal bahwa dia tidak memenuhi mimpinya menciptakan komputer pribadi portabel untuk orang-orang bisnis. Dalam hal ini dia di depan para pengembang Amerika. Setelah penjualan perusahaan, ia mengambil gairah lama - melukis. Dan dia bahkan melukis beberapa potret orang terkenal di dunia teknologi komputer. Salah satunya adalah Bill Gates, yang ditemui Wooze di pameran.



(Zuse setelah hiburan favoritnya yang kedua)

Conrad Zuse meninggal pada 1995 di sebuah kota di Hühnfeld (Jerman), setelah berumur delapan puluh lima tahun.

Dokumen asli Z1, Z2 dan Z3 tidak bertahan sampai hari ini, mereka dihancurkan selama pemboman Berlin pada tahun 1945. Tetapi Zuse berhasil menyelamatkan komputer Z4, yang terletak di tempat kelahiran penemu di Museum Teknis Berlin.



Museum Sejarah Komputer California di Mountain View secara anumerta memasukkan Konrad Zuse, sebagai penemu yang luar biasa dari program komputer yang dikendalikan komputer sepenuhnya otomatis.

Source: https://habr.com/ru/post/id386247/