اولین کامپیوتر با منطق دودویی الکترونیکی نبود!

همیشه فکر می‌کردم اولین کامپیوتری که با منطق دودویی کار می‌کنه ENIAC هست، ولی ظاهراً این‌طور نیست! در کانال تلگرام سیسوگ ویدئویی به اشتراک گذاشتیم که خیلی کوتاه در مورد تاریخچه Z1 صحبت می‌کرد و دیدیم که اینطورهام نیست و حدود سال‌های ۱۹۳۶ آقای Konrad Zuse اولین ایده کامپیوتر دودویی برنامه پذیر رو اجرایی کرده!

اما خبری از الکترونیک نیست، یعنی در واقع نبود! همه چیز مکانیکی است تا الکترونیکی. این ایده این‌قدر خاص بوده که بخش حافظه این کامپیوتر ثبت اختراع شده که البته فکر می‌کنم حق هم داشته، تصور این که وضعیت صفر و یک بیت‌ها رو به شکل مکانیکی نگه داری کنید و بعد بتونید ازش استفاده کنید یا تغییرش بدید دشواره.

ثبت اختراع Zuse در مه ۱۹۳۶ برای یک عنصر سوئیچینگ باینری با استفاده از مکانیزم میله‌های کشویی مسطح. Z1 بر اساس چنین عناصری ساخته شده بود.

البته از اول Z1 اسمش Z1 نبود!، در واقع اسمش Versuchs Modell 1 که به اختصار V1 بوده که منظور مدل آزمایشی اول است! اما در حین جنگ جهانی دوم وقتی که لوفت‌وافه (نیروی هوایی آلمان) سلاح V-1 را برای بمب باران لندن استفاده کرد، کنراد اسم کامپیوترش را به Z1 تغییر داد.

ایده اولیه ساخت اولین کامپیوتر از کجا آمد؟

جالبه بدونید آقای کنراد تسوزه مهندس کامپیوتر یا سخت افزار یا هر چیزی مثل اون نبوده (منطقاً چون هیچ کدوم از اینها وجود نداشته) و رشته تحصیلی ایشون عمران بوده! در دوران تحصیل محاسبات پیچیده و سنگین رشته عمران مدت‌ها وقت مهندسین عمران را می‌گرفت و همین مسئله او را به فکر واداشت تا راه حل بهتری برای رسیدن به پاسخ آنها پیدا کند! چون کنراد معتقد بود که این کار باید توسط ماشین انجام شود و نه نیروی انسانی، به همین دلیل در سال ۱۹۳۴ به‌طور جدی تصمیم گرفت یک ماشین پیشرفته برای انجام محاسبات پیچیده ریاضی بسازد که از ماشین حساب‌های آن زمان کارآمدتر باشد و قابلیت و بتوان آن را برنامه‌ریزی کرد.

کنراد ساخت Z1 را در آپارتمان والدینش شروع کرد و کار تا جایی جدی شد که در سال ۱۹۳۶ از شغل خود در هواپیما سازی دست کشید تا Z1 را تمام کند. کامپیوتر Z1 به دلیل ساختار مکانیکی که داشت در انجام محاسبات قابل اعتماد نبود و حداکثر برای چند دقیقه قادر به کار بود. هلموت شریر به زوزه توصیه کرد که از فناوری دیگری استفاده کند، و آن فن آوری، لامپ خلاء بود. لامپ‌های خلاء در فرستنده و گیرنده‌های رادیویی کاربرد پیدا کرده بودند. آنها تخمین می‌زدند که برای پیاده سازی یک ماشین الکتریکی نیاز به دو هزار لامپ خلاء بود و زمانی در حدود دو تا سه سال را پیش بینی کرده بودند!

جنگ جهانی دوم و محدودیت های آن

اما مشکلاتی وجود داشت. اول این که آلمان درگیر جنگ جهانی دوم بود و دولت تمایلی نداشت که پروژه‌های طولانی مدت را استارت بزند و هزینه آنها را تأمین کند، چرا که باور داشت «جنگ مهم‌تر است» و از طرفی صنعت الکترونیک در آلمان هنوز جایگاهی نداشت و آنها باید می‌توانستند که لامپ‌های خلاء را تولید کنند.
کنراد بعداً در این خصوص گفت: «آنها در سال 1939 به ما لبخند زدند، هنگامی که ما می‌خواستیم ماشین‌های الکترونیکی بسازیم… ما گفتیم: ماشین الکترونیکی عالی هستند، اما ابتدا باید اجزای سازنده را توسعه دهیم.»

کنراد تصمیم گرفت طرح بعدی را بر اساس رله پیاده سازی کند. رله عنصری بود که می‌توانست به سادگی آن را در آلمان پیدا کند. چرا که شرکت‌های مخابراتی از این قطعه بسیار استفاده می‌کردند. تحقیقات در مورد Z2 با حمایت مالی از طرف Kurt Pannke که ماشین‌های کوچک محاسباتی تولید می‌کرد میسر شد.

کامپیوتر Z2 تکمیل شد و در سال 1940 در برلین-آدلرشوف به موسسه تحقیقات هواپیمایی آلمان ارائه شد. کنراد خوش شانس بود! این ارائه از معدود ارائه‌هایی بود که Z2 کار می‌کرد و می‌توانست داوران را متقاعد کند که روی طرح بعدی یعنی Z3 سرمایه گذاری کنند.

شروع Z3 اولین کامپیوتر با منطق باینری

پروژه Z3 که پروژه‌ای فوق سری برای دولت آلمان به حساب می‌آمد، سریع‌تر از آنچه که انتظار می‌رفت به پایان رسید. در Z3 محاسبات ممیز شناور در مقایسه با Z1 بهبود چشمگیری داشت و حالت‌های استثنا (به علاوه بی نهایت، منهای بی نهایت و تعریف نشده) را پشتیبانی می‌کرد!

Z3 می‌توانست برنامه را از روی نوار پانچ شده بخواند و اجرا کند. کنراد برای کاهش هزینه‌ها از فیلم‌های ۱۶ میلی‌متری سینما برای ذخیره سازی برنامه‌ها استفاده می‌کرد. بنا بر این برای تغییر برنامه نیاز به تغییر سیم کشی نبود. کنراد توسعه Z4 را نیز در دستور کار قرار داد و درست چند روز قبل از پایان جنگ جهانی دوم آن را ساخت.

شاید تنها نقصی که Z3 داشت عدم پشتیبانی از برنچ (ساختار شرطی) بود با این حال Z3 از حلقه‌ها پشتیبانی می‌کرد و کاملاً تورینگ بود. نحوه اجرای ماشین جهانی تورینگ روی Z3 در سال 1998 توسط رائول روخاس نشان داده شد. وی پیشنهاد کرد که برنامه نوار باید به اندازه کافی طولانی باشد تا بتواند هر مسیر ممکن را از طریق دو طرف هر شاخه اجرا کند.

روخاس نتیجه گیری می‌کند: «بنابراین ما می‌توانیم بگوییم که از منظر انتزاعی نظری، مدل محاسباتی Z3 معادل مدل محاسباتی رایانه‌های امروزی است.»

نمونه بازسازی شده z3 که در موزه‌ فن آوری آلمان نگهداری می‌شود

و اما نابودی اولین کامپیوتر

نمونه های اصلی و اولیه Z1,Z2,Z3 در بمباران برلین در دسامبر ۱۹۴۳، در طول جنگ جهانی دوم، نابود شدند. اما بعدها نمونه های دیگری از آنها ساخته و هم اکنون در موزه فن آوری آلمان در برلین نگهداری می‌شود.

ویدئو