Konrad Zuse: o sonhador que criou o primeiro computador

A Segunda Guerra Mundial deu um poderoso impulso ao desenvolvimento da tecnologia e da ciência. O complexo industrial militar sempre recolheu enormes recursos humanos, monetários e outros. E os nazistas, em sua obsessão pela dominação mundial, trabalharam zelosamente em invenções e inovações científicas e tecnológicas. No entanto, a história da criação do primeiro computador de programação começou mesmo antes da guerra, com o desejo usual de um arquiteto alemão de simplificar sua vida.



Konrad Zuse (1910-1995)

O engenheiro e inventor alemão do primeiro computador programável em funcionamento do mundo, Konrad Zuse, entrou no mundo da tecnologia da informação quase por acidente. O futuro inventor era dotado de boas habilidades para artes plásticas, e também adorava a construção civil. Por isso, ingressou na Universidade Técnica de Berlim, na Faculdade de Arquitetura e Engenharia Civil (1930-1935), onde se interessou por matemática e física. Durante o treinamento, estudando a construção de prédios e estradas, Tsuse enfrentou um problema sério. Esse tipo de construção exigia a solução de enormes sistemas de equações lineares, que eram muito difíceis de calcular usando uma régua de cálculo ou mesmo uma calculadora mecânica da época.
Como Tsuse lembrou:“Eu era estudante de engenharia civil em Berlim. Berlim é uma cidade bonita que abre muitas oportunidades para um jovem se divertir, por exemplo, com uma garota bonita. Mas, em vez disso, tivemos que realizar cálculos enormes e terríveis ".

Para esses erros de cálculo, os engenheiros usavam tabelas especiais nas quais escreviam fórmulas para executar operações básicas no sistema binário. Foi então que Tsuse teve a idéia de automatizar esse processo aplicando um dispositivo de computação simples. Em outras palavras, invente o primeiro computador binário programável.



(foto do computador programável binário Z1)

Através dos espinhos para as estrelas

Em 1936, Zuse concluiu o plano lógico para seu primeiro computador V1 (do alemão Versuchsmodell-1, ou seja, o "protótipo"). De fato, os nomes de todas as máquinas deveriam ter começado com V (de V1 para V4), mas após a Segunda Guerra Mundial, ele mudou os nomes para Z1-Z4 (a letra inicial do nome do inventor) para evitar associações desagradáveis ​​com mísseis militares V1-V4.



(esboço do plano)

Tsuse não possuía experiência no campo da eletrônica, não possuía conhecimento suficiente no campo da mecânica e, é claro, não sabia os princípios de operação de outros dispositivos de computação. Mas essas circunstâncias não o incomodaram. O jovem inventor imediatamente começou a implementar sua idéia. Com a ajuda de amigos, ele levantou uma pequena quantia em dinheiro para pesquisas e, junto com vários amigos, começou a trabalhar. O processo de desenvolvimento e montagem ocorreu no apartamento de seus pais em Berlim - a sala de estar em casa se transformou em uma verdadeira oficina. Nenhum laboratório especialmente equipado, nenhuma ajuda do governo, ministérios ou universidades. Conrad fez tudo sozinho, criando seu computador a partir de praticamente nada. Por outro lado, talvez essa circunstância lhe desse uma vantagem,desde que ele foi capaz de analisar de maneira diferente as questões aritméticas das máquinas e encontrar uma nova abordagem para resolver certos problemas. Mais tarde, o inventor escreveu que, devido à falta de conhecimento, ele não estava limitado em sua busca pelo melhor sistema para cálculos automáticos. Depois de tentar o sistema decimal, Tsuse parou no binário.



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Os mecanismos computacionais existentes na época foram construídos com elementos rotativos e operados com valores no sistema de números decimais. A peculiaridade do Z1 era que ele estava envolvido no processamento de números no sistema binário e placas de metal eram usadas para comutação de relés. Deve-se notar que essas placas foram cortadas à mão por Tsuse e seus amigos, com um quebra-cabeça comum (2000 peças!). As placas se moviam em uma direção estritamente definida. Placas deslocadas indicando os valores das quantidades calculadas e operações matemáticas movimentaram várias outras placas que alteram o caso dos números binários e preservam o resultado intermediário. Os dados obtidos possibilitaram realizar outras transformações. O simples algoritmo seqüencial de cálculos realmente definido pelo operador era o protótipo de um programa de computador moderno.Um recurso notável do primeiro computador foi um teclado para inserir dados com luzes piscantes para indicar resultados.

O trabalho na invenção levou mais de dois anos. Em 1938, o Z1 viu a luz do dia. Era enorme, consistia em 20.000 peças. Motor elétrico de 1 kW. forneceu a freqüência do relógio de um Hertz (um ciclo por segundo).

Principais características do Z1

Implementação: chapas finas de metal
Freqüência: 1 Hz
Unidade de computação: processamento de números de ponto flutuante
Velocidade média de cálculo: multiplicação - 10 segundos, adição - 5 segundos
Entrada de dados: teclado, leitor de fitas
Saída de dados: painel de lâmpadas (representação decimal )
Memória: 64 palavras de 22 bits
Peso: cerca de 1000 kg

O primeiro dispositivo de Zuse não conseguiu "salvar o programa". Também não havia comando de ramificação condicional. Mas vale a pena desejar mais de uma máquina construída com placas de metal e com 64 palavras de memória? Além disso, o próprio Tsuse desenvolveu os fundamentos teóricos para seus computadores. Ele estava familiarizado com o sistema digital binário de Leibniz. Mas não tinha ideia da álgebra de George Bull. Ele teve que estudar a lógica matemática de muitos cientistas proeminentes para desenvolver seu próprio sistema, chamando a notação de "combinatória condicional" (Bedingungskombinatorik).



(sala de trabalho)

O dispositivo mecânico de Zuza foi de grande valor científico, provando a possibilidade de criar computadores de software que funcionem com código binário. Mas a confiabilidade da máquina deixou muito a desejar. O dispositivo quebrou constantemente devido a equipamentos de baixa qualidade. Quando o processador estava trabalhando com memória, houve um problema na sincronização necessária para evitar carga mecânica excessiva nas partes móveis. Mas a arquitetura da invenção parecia bastante bem-sucedida e levou Zuse a considerar outros tipos de tecnologia.

O trabalho adicional na máquina foi bastante influenciado por um amigo de Zuse, um engenheiro eletrônico Helmut Schreer. Ele apreciou o desenvolvimento e propôs melhorá-lo, substituindo as placas por tubos de vácuo. E ao criar um novo modelo, mantenha os princípios lógicos do anterior, permitindo que os operadores realizem operações matemáticas com números decimais.

Em 1938, Zuse e Schreer fizeram uma demonstração de circuitos eletrônicos na Universidade de Berlim, falando em detalhes sobre a construção de um computador eletrônico. Mas valeu a pena mencionar que esse dispositivo exigiria cerca de 2.000 tubos de rádio e vários milhares de lâmpadas incandescentes, pois eram quase ridicularizados. Os cientistas da universidade classificaram o empreendimento como uma fantasia de dois sonhadores. O fato é que os maiores dispositivos eletrônicos da época consistiam em apenas algumas centenas de tubos eletrônicos.
Mas as críticas dos professores não afetaram a decisão dos amigos de cumprir seu plano e montar um novo modelo.



(colegas cientistas Zuse e Schreer)

Tentando encontrar financiamento, Zuse tentou contratar Kurt Panke, um antigo fabricante de calculadoras mecânicas. O que recebeu uma recusa educada. Panke expressou confiança de que todo o possível já havia sido inventado no campo dos computadores. No entanto, o ex-fabricante de calculadoras concordou em visitar a oficina de Zuse e ficou tão impressionado com seu trabalho que decidiu dar ao inventor sete mil marcos do Reich.

A busca pela excelência

O início da Segunda Guerra Mundial pôs fim à pesquisa conjunta, Zuse foi convocado para o exército nazista. Lá ele passou menos de seis meses. Graças à petição de engenheiros e cientistas influentes em 1940, Tsuse se desmobilizou em Berlim, onde se tornou membro da elite científica de Hitler.

O trabalho de criação de um computador eletrônico de retransmissão foi retomado. Schreer novamente ofereceu seus serviços. Os cientistas se voltaram para a liderança militar em busca de apoio financeiro, propondo o desenvolvimento de um dispositivo moderno para a força aérea alemã. Essa máquina poderia processar rapidamente cálculos complexos, aumentando assim a eficácia da aviação tática. Segundo os cientistas, levaria cerca de dois anos para inventar esse aparelho. Mas os militares recusaram. A liderança da Wehrmacht estava convencida de que naquele período a Alemanha nazista já alcançaria o domínio mundial.

Sem perder a esperança, os cientistas se voltaram para os diretores da fábrica de aviões de Berlim "Henschel", que produzia bombardeiros táticos. E, finalmente, recebeu a aprovação, o gerenciamento da planta aproveitou a oportunidade para usar a tecnologia de computadores no processo de criação de equipamentos militares. A Zuse recebeu um departamento especial com os melhores engenheiros eletrônicos da empresa. E já no final de 1940, o Z2 foi colocado em operação. O novo computador foi equipado com um processador digital baseado em relés e tubos de vácuo. Ele calculou automaticamente vários parâmetros geométricos dos estabilizadores de bombas aéreas, converteu seu valor analógico em um sistema de números binários, calculando os dados necessários usando fórmulas previamente inseridas pelo operador e produziu um resultado final na forma de números decimais. Os resultados foram enviados imediatamente para a sala de produção.

No mesmo ano, a Zuse iniciou o desenvolvimento do Z3 - uma máquina completamente construída em um relé, mas com uma estrutura lógica de Z1 e Z2. Estava pronto para operação em 1941, 4 anos antes do desenvolvimento de cientistas americanos - o computador digital eletrônico ENIAC.



O computador programável Z3 foi criado com base em relés eletrônicos (600 para um dispositivo aritmético, 1400 para memória e 400 para uma unidade de controle). Em todos os outros aspectos, assemelhava-se a Z1 e Z2: sistema binário, números de ponto flutuante, dispositivo aritmético com dois registros de 22 bits, controle via fitas de 8 canais (ou seja, o comando consiste em 8 bits). Cada uma das palavras pode ser armazenada na memória do computador em um ciclo de clock. A memória total total atingiu 64 palavras de 22 bits. Foi nessa máquina que o princípio moderno da alocação de endereços de memória foi aplicado pela primeira vez, quando cada palavra de 22 bits pode ser colocada na memória ou extraída dela com os comandos PRz e PSz (z é o registro de memória de acesso aleatório correspondente com endereços de 1 a 64).O módulo aritmético do computador era composto de somadores paralelos, usados ​​para processar expressões logarítmicas e números de ponto flutuante.

Zuse desenvolveu seu próprio conjunto de instruções, que incluía cerca de dez comandos básicos e várias dezenas de comandos adicionais. Era uma linguagem de programação real usada para definir algoritmos computacionais complexos. Portanto, Zuse também é creditado com a criação da primeira linguagem de programação de alto nível - Planckalkül (em alemão Plankalkül - “cálculo de planos”). Suas características eram: portabilidade livre (independência da arquitetura e conjunto de comandos da máquina), operadores de condição (exceto ELSE), loops, sub-rotinas, falta de recursão, trabalho com matrizes e sub-matrizes, além de sintaxe complexa

Em dezembro de 1941, o Z3 foi colocado em operação e imediatamente adotado pelos fabricantes de aeronaves militares. Foi com a ajuda do Z3 que foram calculadas as características aerodinâmicas e balísticas dos primeiros mísseis de cruzeiro alemães.

Após introduzir com sucesso o Z3 na indústria militar, Zuse assinou um contrato com o Departamento de Pesquisa da Força Aérea Alemã (DIV) para projetar uma nova geração de computadores elétricos.



(Zuse no fundo do Z3) O

tão esperado Z4

O novo modelo era muito semelhante ao Z3, incluindo todos os desenvolvimentos avançados do Zuse. Este computador incluía elementos: 2500 relés, 21 relés de passo. Ele já tinha 1024 registros de memória para armazenar palavras de 22 bits. Graças a um processador mais poderoso, a velocidade de conversão de números binários aumentou. O Z4 tinha um dispositivo para preparar o programa. Ele também sabia como evitar o cálculo de resultados incorretos. O consumo de energia da máquina foi de 4 kW.

A criação de um novo computador levou três anos e, em dezembro de 1944, o projeto estava quase completo. Trabalhando no Z4, o inventor estabeleceu como seu principal objetivo construir um protótipo da máquina, que no futuro poderá ser produzido por milhares. Mas a falta dos materiais necessários e a difícil situação no país (o auge das hostilidades) tornaram essa tarefa praticamente impossível. Durante um dos ataques aéreos a Berlim, o primeiro Z3 foi completamente destruído e, quando o exército soviético entrou na capital alemã em maio de 1945, Zuse foi forçado a fugir com sua família para a Baviera. Obviamente, ele trouxe consigo um computador Z4 já montado. Nos Alpes da Baviera, ele escondeu o carro até tempos mais calmos.

Principais características do Z4

Implementação: Relés, memória - placas de metal
Freqüência: 30 Hz
Unidade de computação: processamento de números de ponto flutuante, comprimento da palavra da máquina - 32 bits
Velocidade média de cálculo: 0,4 segundos para adição, 0,3 segundos para multiplicação
Velocidade média de cálculo: 11 operações de multiplicação por segundo
Entrada de dados: teclado decimal, leitor com fitas de perfuração
Saída de dados: máquina de escrever da marca Mercedes
Memória: 64 palavras de 22 bits
Peso: cerca de 1000 kg



(computador Z4)

Em 1948, Zuse entrou em contato com o professor Eduard Stifel, que reconheceu o Z4 como adequado para cálculos científicos. Apesar da tecnologia da máquina um pouco antiquada, a Stifel ficou impressionada com a facilidade de programação e o poder do dispositivo aritmético com sua capacidade de lidar com exceções.

Encorajado pelo sucesso, Zuse criou sua própria empresa, Zuse KG. De fato, foi a primeira empresa comercial do mundo dedicada exclusivamente ao desenvolvimento e produção de tecnologias de computador para as indústrias de aviação e óptica, laboratórios universitários. A empresa lançou a produção de computadores comerciais, populares na Alemanha nos anos 50 (Z5, Z11, Z22 e Z23). A Zuse criou o primeiro computador com memória magnética Z22.



(computador com memória magnética Z22)

Apesar do talento e zelo em engenharia, Tsuse ficou para trás dos concorrentes americanos. A Alemanha do pós-guerra não era o lugar certo para inovar no futuro eletrônico. Todos os fundos do governo foram para reconstruir o país. Sim, e Tsuze não tinha a infraestrutura necessária para o desenvolvimento. Ele não conseguiu descobrir novos dispositivos e programas a tempo.

E já nos anos 60, o mercado europeu de computadores estava ativamente cheio de computadores eletrônicos americanos, que gradualmente substituíram os computadores da Zuse. Em 1962, a empresa foi vendida para Brown Boveri and Co e, posteriormente, passou a fazer parte da Siemens Corporation.

Konrad Zuse se considerava um homem apolítico. Ele considerou o desenvolvimento da tecnologia da computação na Alemanha o trabalho de toda a sua vida e lamentou não ter realizado seu sonho de criar um computador pessoal portátil para pessoas de negócios. Nisso, ele estava à frente dos desenvolvedores americanos. Após a venda da empresa, ele assumiu sua paixão de longa data - a pintura. E ele até pintou vários retratos de pessoas famosas no mundo da tecnologia da computação. Um deles foi Bill Gates, que Wooze conheceu na exposição.



(Zuse por trás de seu segundo passatempo favorito)

Conrad Zuse morreu em 1995 em uma cidade de Hühnfeld (Alemanha), tendo vivido até os 85 anos.

Os originais Z1, Z2 e Z3 não sobreviveram até os dias atuais, foram destruídos durante o bombardeio de Berlim em 1945. Mas Zuse conseguiu salvar o computador Z4, localizado no local de nascimento do inventor no Museu Técnico de Berlim.



O Museu de História da Computação da Califórnia, em Mountain View, incluía postumamente Konrad Zuse, como um inventor notável do primeiro programa de computador controlado por computador totalmente automatizado.

Source: https://habr.com/ru/post/pt386247/