Retrospektif dari startup teknologi. Z3 - komputer relay pertama

Saya memutuskan untuk memulai retrospektif dari startup teknologi dengan cerita yang luar biasa tentang penciptaan komputer pertama dalam arti modern. Kisah ini mungkin tampak menarik bahkan bagi mereka yang menganggap kata startup kasar.

Z3 dikandung dan diciptakan oleh insinyur muda yang cerdik, Konrad Zuse pada saat yang paling tidak tepat untuk ini. Dia meletakkan dasar bagi perusahaan pertama di benua Eropa untuk mengembangkan dan menjual komputer secara komersial.


Jerman, paruh kedua 30 tahun abad terakhir. Adolf Hitler telah berkuasa selama beberapa tahun. Negara ini bekerja di komputer. Pengembangan berlanjut meskipun fakta bahwa model pertama tidak terlalu berhasil. Dengan setiap model baru, perangkat menjadi lebih sempurna. Z1, Z2, akhirnya, pada Mei 1941, versi pertama yang bisa diterapkan muncul - Z3. Pada tahun 1943, Sekutu berhasil menghancurkan seluruh rentang model Z1 - Z3, tetapi pada saat ini pekerjaan sedang berlangsung untuk membuat model yang jauh lebih maju - Z4. Perakitan ditransfer ke lorong-lorong rahasia tambang, di mana pengembangan program rudal rahasia penuh dalam ayunan penuh. Tidak peduli apa, bekerja pada Z4 berhasil menyelesaikan secara harfiah di hari-hari terakhir perang dan diam-diam membawa komputer ke Swiss ...

Kedengarannya sangat tidak menyenangkan. Tapi klise sangat jauh dari kebenaran. Mari kita coba memperjelas bagaimana komputer elektromekanis pertama benar-benar dibuat dan seperti apa komputer itu.
Tentu saja, militer tidak dapat melakukannya tanpa militer sama sekali, mereka memberikan bantuan, tetapi secara keseluruhan pembangunan dilakukan lebih mungkin bertentangan dengan, dan tidak berkat orang-orang berseragam.

Gadis sebagai mesin kemajuan

Konrad Ernst Otto Zuse Konrad Ernst Otto Zuse, meskipun nama lengkapnya yang terdengar solid, lahir di keluarga pejabat pos kecil di Berlin pada tahun 1910. Sejak kecil, bocah itu tertarik pada desain. Saat masih di sekolah, ia menyusun model kerja mesin penukar koin dan dengan antusias terlibat dalam studi perkotaan - ia menciptakan proyek kota untuk 37 juta penduduk. Gairah untuk bisnis dan sejumlah besar di dalamnya muncul bahkan saat itu. Tidak mengherankan, sebagai pemuda, ia memasuki Universitas Teknik Berlin dengan gelar sarjana teknik sipil. Proses belajarnya tidak semenarik kelihatannya di masa kecil. Terutama "mendapat" sopromat. Harus menghabiskan berjam-jam meneliti perhitungan monoton dan sangat membosankan, sementara teman sebaya menghabiskan waktu dengan gadis-gadis yang menarik ...


Saat itu, masih di kursus junior, dia punya ide untuk mengotomatisasi perhitungan. Awalnya, ia bermimpi membuat kalkulator yang sempurna, tetapi pada tahun terakhir ia menginginkan lebih.

Pada 1935, setelah lulus dari universitas, Konrad berhasil menjadi insinyur di Henkel Aviation Plant. Tampaknya pada tahun-tahun itu bisa lebih menarik daripada penerbangan? Namun dalam praktiknya, perhitungan yang membosankan harus diberikan lebih banyak waktu, dan di waktu luangnya, seorang pria muda mulai memikirkan rencana terperinci dari perangkat yang dapat memfasilitasi proses ini.

Representasi angka

Berpikir tentang metode implementasi perhitungan paling sederhana, Conrad datang dengan ide melakukan operasi pada angka biner. Pada saat itu, ada komponen yang sesuai dan terjangkau yang menyediakan dua keadaan stabil - relay telepon. Dia memutuskan untuk mengambil mereka sebagai dasar dan memikirkan cara untuk menerapkan operasi aritmatika paling sederhana dengan bantuan mereka.

Selanjutnya, perlu untuk menentukan cara memasukkan, mewakili, dan menyimpan nomor. Sederhananya, atur "memori" dan akses ke sana. Sebagian besar kalkulator mekanik yang ada pada saat itu memberikan input data menggunakan sistem roda gigi yang memiliki 10 posisi.


Angka kode baca yang lebih canggih dari kartu punch dan dapat memiliki hingga 20 counter. Nomor baru dimasukkan dengan menambahkan kartu punch.

Untuk memperluas jangkauan perhitungan, Conrad memutuskan untuk melakukan operasi pada angka floating-point dalam representasi biner. Dia memutuskan untuk membuat register memori yang terdiri dari 22 bit biner. Di masing-masing dari mereka, 14 bit dicadangkan untuk mantissa, 7 untuk derajat dan 1 untuk tanda.

Namun, masalah lain muncul. Ya, jauh lebih mudah bagi kalkulator untuk beroperasi dengan angka biner daripada dengan desimal, tetapi mereka dirasakan dengan sangat susah oleh seseorang, terutama dalam representasi floating-point.

Untuk menyederhanakan pekerjaan operator, diputuskan untuk memasukkan digit data sumber dalam format desimal, kemudian secara otomatis menerjemahkannya ke dalam biner dan memuatnya ke dalam memori. Dengan hasilnya, lakukan proses sebaliknya.

Sistem memori

Memecahkan masalah implementasi fisik memori tidak mudah. Relai elektronik menghabiskan terlalu banyak ruang dan menghabiskan banyak energi. Selain itu, yang termurah harganya lebih dari dua merek, yang sangat sensitif hit. Setelah lama mencari solusi yang cocok, Conrad datang dengan alternatif asli - perangkat mekanik yang didasarkan pada pin logam. Pin kecil dapat ditemukan di sebelah kiri atau kanan ujung, menghafal nol atau satu. Instalasi dan ekstraksi angka dilakukan menggunakan pelat. Modul memori terpisah dapat dirakit menjadi sebuah matriks.


Sebuah fragmen perangkat "memori" - semua yang tersisa dari model pertama setelah pengeboman

Conrad menyebutnya "Mechanical Relay Memory" dan pada 1936 menerima dua paten untuk itu. Menurut mereka, memori seperti itu dapat diperluas untuk menyimpan ribuan kata. Implementasi alternatif akan membutuhkan 40.000 relay. Memori semacam itu, pada prinsipnya, dapat menyimpan semua jenis data, oleh karena itu, dalam aplikasi untuk penemuan, ia menyebutnya "kombinasional"

CPU

Desain bagian komputasi perangkat adalah yang paling sulit. Conrad bereksperimen dengan berbagai implementasi untuk waktu yang lama. Di antara prototipe ada bahkan perangkat dengan empat keadaan stabil, tetapi pada akhirnya mereka berhasil mengurangi semuanya menjadi logika biner. Butuh beberapa waktu untuk memutuskan atas dasar apa untuk membangun komputer. Gunakan relay telepon atau perangkat mekanis asli. Menurut perkiraannya, setidaknya seribu relay seharusnya diperlukan untuk membangun komputer. Setelah memperkirakan biaya, ukuran dan energi yang dikonsumsi oleh mereka, Konrad condong ke versi mekanis, yang pada saat itu baginya tampak lebih mudah untuk diimplementasikan.

Jika Anda sangat pintar, mengapa Anda tidak menggunakan lampu?

Sangat sulit untuk merakit perangkat mekanik yang sedemikian rumit sendirian, jadi Konrad memutuskan untuk menarik teman dekatnya Helmut Schreyer ke proyek Helmul Schreyer. Ia lulus dari universitas dengan gelar sarjana teknik radio dan membantu departemen mengembangkan relay elektromagnetik. Keahliannya berguna!


Insinyur muda. Conrad di sebelah kiri, Helmut di sebelah kanan

Helmut sangat menyukai gagasan itu, tetapi ia bertanya: "Mengapa tidak menggunakan lampu elektronik sebagai elemen switching, yang dapat memberikan kecepatan switching puluhan ribu kali lebih cepat daripada relay?" Pada awalnya, Conrad menganggapnya sebagai lelucon, tetapi setelah mendengarkan argumen rekannya dan dengan sedikit otak, ia menemukan ide itu sangat menarik. Dasar memori, pemicu tabung ditemukan kembali pada tahun 1918, tetapi masih harus menemukan solusi rangkaian untuk menghitung operasi aritmatika pada tahun 1936.

Para kenalan yang berbagi ide dengan mereka dibagi menjadi dua kubu - satu ide tampak cerdik, yang lain menyatakan penolakannya sepenuhnya. Yang buruk adalah yang kedua ternyata terutama spesialis yang memiliki pengalaman dengan tabung elektronik. Argumen utama mereka adalah keandalan lampu yang rendah. Mereka percaya bahwa perangkat yang terdiri lebih dari 2000 lampu akan terus-menerus mati. Masalah lain yang tidak terpecahkan pada tahap itu adalah tingginya biaya dan kelangkaan lampu yang sesuai. Tidak peduli seberapa mengejutkan kemungkinan yang tidak dijanjikan oleh solusi seperti itu, teman-teman itu sendiri tidak dapat memenuhinya, tetapi mereka tidak ingin sepenuhnya mengabaikannya. Oleh karena itu, mereka sepakat bahwa mereka akan mulai membangun versi mekanis, dan Helmut akan secara simultan mencari solusi rangkaian untuk node yang melakukan operasi matematika dasar. Di masa depan, dengan memiliki prototipe perangkat yang berfungsi pada relai mekanis, tidak akan sulit untuk mengganti aktuator dengan lampu.

Intinya, akhirnya!

Prinsip dasar yang harus dipenuhi oleh perangkat yang dikandung:

• operasi komputasi dilakukan dalam sistem biner;
• mesin beroperasi dengan angka floating point;
• memori dan kalkulator dialokasikan di berbagai blok;
• perhitungan kontrol perangkat lunak

Hari ini mereka tampak jelas, tetapi tidak begitu 80 tahun yang lalu. Sebagian besar komputer elektromekanis pertama, yang muncul beberapa tahun kemudian, dioperasikan dengan angka desimal dengan titik tetap, yang secara signifikan membatasi rentang perhitungan, walaupun kapasitas bitnya besar.

Setelah bekerja sebagai insinyur selama satu tahun, Conrad pindah kerja paruh waktu pada tahun 1936, dan mencurahkan seluruh waktu luangnya untuk membuat mesin yang dapat diprogram. Bengkel rumah orangtua yang diubah menjadi toko perakitan.


Helmut memberinya bantuan yang tak ternilai selama pekerjaan perakitan. Awalnya, teman-teman berencana untuk merakit model eksperimental komputer mekanik hanya dalam enam minggu, tetapi dalam praktiknya, seperti yang terjadi di hampir semua startup, waktu yang dibutuhkan jauh lebih banyak.

Tujuan untuk penemuan licik

Dua tahun kerja keras berlalu sebelum mesin akhirnya mulai menunjukkan tanda-tanda kehidupan. Hari ini sulit untuk percaya bahwa dua pemuda mengumpulkan monster ini di waktu luang mereka dari pekerjaan utama mereka, dengan cara sederhana mereka. Di sini orang tidak bisa tidak mengingat pepatah Rusia: "Kebutuhan akan penemuan adalah licik."

Mesin itu terletak di empat meja yang disatukan, yang hampir tidak menopang bobotnya - lebih dari lima ratus kilogram! Ini terdiri dari hampir 20.000 elemen.
Tidak seperti mesin penghitung elektromekanis serupa yang dikembangkan selama periode waktu ini, Z1 melakukan perhitungan pada bilangan biner. Selain itu, angka-angka itu dimasukkan dalam sistem desimal dengan titik mengambang, dan sudah di dalam mesin mereka dikonversi menjadi biner 22 bit menggunakan decoder mekanik. Entri data dilakukan menggunakan keyboard, yang perannya dimainkan oleh mesin tik yang dimodifikasi secara kreatif. Setelah konversi, nilai input dicatat dalam memori internal mekanik. Jumlah memori mesin adalah 64 kata. Jantung mesin adalah "generator jam", yang digerakkan oleh motor listrik dengan kapasitas sekitar 1 kW, dipinjam dari penyedot debu. Frekuensi operasi generator adalah 1 Hz, dan kecepatannya distabilkan oleh mekanisme yang cerdik.


Mesin bekerja seperti ini: pertama, data didekripsi dan dimuat ke dalam memori. Kemudian program mulai berjalan. Itu dibaca dari pita kertas yang dilubangi dan ketika sedang dibaca, itu sedang dieksekusi. Dengan pendekatan ini, program seharusnya linier secara eksklusif, tidak ada percabangan yang disediakan. Kesimpulannya, nilai yang dihitung dikonversi menjadi desimal dan ditampilkan pada tampilan lampu.

Atas permintaan mendesak dari habrowser ASTAPP , yang, menurutnya, secara pribadi mengambil foto komputer yang direkonstruksi, saya juga menginformasikan sudut pandangnya. Dia mengklaim bahwa output data dalam Z1 adalah tombol-tekan, dan sumber dari program itu bukan selotip kertas, tetapi film 35 mm, seperti pada model Z3 nanti. Kemungkinan dia benar, sumber-sumber yang menjadi basis saya dapat mengambil tombol untuk panel lampu. Anda dapat melihat fotonya di komentar di bawah.

Kemenangan, tetapi bukankah itu Pyrrhic?

Mesin yang dirangkai dalam kondisi yang benar-benar “tidak bersih” bekerja, tetapi mengatakan bahwa itu tidak dibedakan dengan stabilitas perhitungan adalah tidak mengatakan apa-apa.

Conrad awalnya merencanakannya sebagai model untuk menunjukkan peluang, tetapi bahkan untuk ini dia tidak terlalu cocok. Dia yakin akan hal ini dengan mencoba “meningkatkan” investasi pertama. Bahkan dua kali berturut-turut, perhitungan yang berhasil tidak mungkin dilakukan setiap saat. Setelah kegagalan lain, saya sering harus berurusan dengan konfigurasi ulang. Situasinya sangat buruk dengan "prosesor", ketepatan yang diperlukan dari pembuatan elemen mekanik yang di rumah tidak realistis. Sangat sulit untuk menarik model investor seperti itu, tetapi Conrad tidak menyerah.

Setelah pencarian yang panjang, ia berhasil mendapatkan audiensi dengan pensiunan pemilik produksi kalkulator mekanik - Kurt Pannke, yang membawanya agak karena bosan. Kurt sepenuhnya yakin bahwa komputer telah mencapai batas kesempurnaannya, dan dalam waktu dekat tidak mungkin untuk menghasilkan sesuatu yang baru di bidang otomatisasi komputasi. Namun, dia setuju untuk mengunjungi bengkel dan melihat Z1. Dan kemudian Konrad akhirnya tersenyum keberuntungan. Selama kunjungan Dr. Panke, mesin berhasil melakukan beberapa perhitungan berturut-turut tanpa satu kesalahan. Dokter sangat terkesan dengan pekerjaannya sehingga dia setuju untuk memberikan tujuh ribu Reichsmark untuk peningkatan peralatan.



Segera, Konrad kembali tersenyum keberuntungan - teman-teman membantu mendapatkan peralatan telepon yang dinonaktifkan dari mana ia mengambil sekitar 800 relai bekas. Lebih dari setengahnya tampak cukup fungsional , setidaknya pada pandangan pertama .

Z2 - dua langkah mundur, satu maju

Untuk menunjukkan kepada investor potensial yang lebih serius, perlu untuk meningkatkan keandalan perhitungan secara signifikan. Conrad memutuskan untuk membunuh dua burung dengan satu batu - untuk membuat model kerja yang disederhanakan, tetapi stabil, menggunakan kalkulator relai. Teman-teman membantunya mengembangkan sirkuit sel komputasi dasar berdasarkan relay dan ia mulai bekerja lagi.

Saya harus benar-benar membongkar kalkulator dan setengah memori, menguranginya menjadi 16 kata. Memori dan decoder masih mekanis, tetapi desainnya sangat disederhanakan. Kegagalan dalam pekerjaan mereka mulai terjadi jauh lebih jarang. Juga diputuskan untuk sementara waktu meninggalkan perhitungan floating point. Dalam model baru, kalkulator dioperasikan dengan angka 16 bit dan titik tetap. Untuk meningkatkan keandalan, pembaca program ditingkatkan - alih-alih kertas, Conrad menggunakan film 35 mm. Tenaga mesin dari penyedot debu sudah cukup untuk mesin yang disederhanakan untuk bekerja tiga kali lebih cepat dari opsi pertama - frekuensi jam meningkat menjadi tiga hertz. Z2 mampu melakukan 8 instruksi berbeda.

Z3. Perang sebagai mesin kemajuan?

Z2 diperoleh pada tahun 1939. Conrad yang terinspirasi memulai penciptaan model ketiga, yang sudah dipahami sebagai alat untuk komputasi nyata. Namun, kehidupan mulai membuat penyesuaian signifikan terhadap rencananya. Jerman sedang bersiap untuk memasuki perang skala besar dan perlu insinyur untuk mengembangkan pesawat, pejabat militer tertinggi tidak memikirkan komputer saat itu. Conrad mengganti pakaian sipil menjadi seragam militer, tapi setidaknya dia tidak dikirim ke garis depan. Dia masih mencurahkan seluruh waktu luangnya untuk menciptakan model ketiga, tetapi terlepas dari kenyataan bahwa teman-temannya secara aktif membantunya, menjadi semakin sulit untuk menggabungkan pengembangan dengan dinas militer. Uang yang diterima dari malaikat bisnis hampir habis, pencarian peralatan yang diperlukan menjadi semakin sulit - mempersiapkan perang menghabiskan terlalu banyak sumber daya dan bahkan memiliki sarana untuk membeli komponen yang diperlukan menjadi semakin sulit. Dalam kondisi ini, tidak ada pilihan selain mencari dukungan dari militer.

Pada tahun 1940, Conrad mencari demonstrasi model Z2-nya di Aerodynamics Research Institute. Anda tidak bisa mengatakan bahwa dia membuat percikan di sana, tetapi kalkulatornya sangat menyukai manajer proyek untuk pembuatan bom terpandu, Profesor Teichmann. Profesor itu berupaya menghubungkan Konrad ke proyeknya untuk mengotomatisasi perhitungan di bidang penelitian aerodinamis. Secara paralel, Conrad menerima dana dan dukungan organisasi yang diperlukan untuk menyelesaikan pekerjaan di komputer Z3. Pada tahun yang sama, ia mengorganisasi perusahaan Zuse Apparatebau untuk produksi mesin yang dapat diprogram.

, Z3 1941 . Z1, , , , .


,

Z3 2400 . 600 , 64 . ,

Z3 , . . , Z3 , . 1944 MARK — I , . , , , .

Z4

Z3, 1941 — Z4.

1942 S1. E S2, , , . . .


1943 . , . . Z3 , Z2 Z1 , . , , — , .

, , .
, , . Z4.


Hinterstein, , . . , .

. V1,V2,V3,V4. V Versuchsmodell — . , . , . - , . .

Z4 ,

, - . , , .

1946 IBM. , « » Zuse-Ingenieurbüro Hopferau Z4.

Z4 . , . Z4 , . , , Z4 — , .

1948 Eduard Stiefel ETH-Zürich, , . , . Z4 32 , 24 .

100 000 , ETH. , 160 .

Z4 60 000 , . , Zuse KG Z4. EHT , Mercedes , . 1950 . , , . , . 40 . « », . 2500 , 4 .

, Z4. , . , , , . .

. Z2 .




. , « » . , , , . , « », . !
, « , », , , , ! - .


Setelah berhasil membaca artikel sampai akhir, silakan ambil bagian dalam survei, yang hasilnya sangat menarik bagi saya. Tema utamanya adalah apakah negara totaliter tidak hanya mampu membuat terobosan ke arah sains dan teknologi tertentu, tetapi juga mempertahankan posisinya di level tertinggi.

Jika waktu mengizinkan, artikel berikutnya, sekali lagi, tentang startup komputer dari akhir tahun delapan puluhan dan akhir tahun sembilan puluhan, tetapi dari pengalaman pribadi.

Artikel berikutnya dalam seri: Retrospektif dari startup teknologi. Seperti di tahun 90-an dan sedikit lebih awal