Z1 – el primer computador del mundo

El Z1 está considerado como el primer computador mecánico programable del mundo. Fue diseñado por el ingeniero alemán Konrad Zuse entre 1935 y 1936, construido entre 1936 y 1938, y destruido junto a todos sus planos de construcción en diciembre de 1943 durante el bombardeo aliado de Berlín en la Segunda Guerra Mundial.

Zuse_Z1

Historia del computador
En los años 30 no existía la industria de la computación, tan sólo se podían encontrar ciertas calculadoras mecánicas orientadas al comercio muy primitivas. Matemáticos e ingenieros tenían que construir sus propias calculadoras.

Zuse trabajaba en la industria aeronáutica. Para los diseños de aviones se requerían constantes cálculos matemáticos que debían repetirse de acuerdo con unas variables. De esta manera surgió la necesidad de crear una máquina que repitiese los complejos cálculos y que los guardase en memoria para referencias futuras.

Entre 1936 y 1938, Konrad Zuse intentó construir la primera computadora, una calculadora mecánica basada en el sistema binario que operaba con electricidad y con la posibilidad de poder programarla, aunque de forma limitada. Hacía uso de relés eléctricos para automatizar los procesos. Sin embargo, tan sólo consiguió realizar un prototipo que recibió el nombre del Z1 y que nunca llegó a funcionar de forma correcta1 2 debido a la falta de perfeccionamiento en sus elementos mecánicos.

Esta máquina fue financiada completamente con dinero privado (principalmente de familiares y amigos de Zuse, incluido él mismo) y fue creada en el apartamento de sus padres. El gobierno nazi nunca confió demasiado en los trabajos de Zuse y por ello obtuvo escaso apoyo.

La Z1 fue la predecesora de los modelos Z2 y Z3, creados por el mismo Zuse y en las que intentó subsanar los fallos que se encontraban en el modelo Z1. Ninguna de estas máquinas sobrevivió a la Segunda Guerra Mundial, fueron destruidas en el bombardeo de Berlín. Sin embargo, la obra de Zuse no se perdió completamente ya que podemos encontrar una reconstrucción de la Z1 en el Museo Técnico Alemán de Berlín (reconstruida por él mismo reutilizando piezas de la original), además de la computadora Z4, que fue construida años más tarde tras crear una empresa que ubicó en Austria, y que fue vendida a una empresa Suiza, hasta llegar a montar 251 ordenadores en total.

Diseño

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Patente de Zuse para un relé mecánico en mayo de 1936
La Z1 contenía casi todas las partes de una computadora moderna, es decir, unidad de control, memoria, lógica micro-programada, unidad artimética en coma flotante (la unidad de lógica booleana no se realizó) y dispositivos de entrada-salida. La Z1 era programable parcialmente mediante un programa en cinta perforada y un lector de cinta perforada.3 Hay una clara separación entre el lector de cinta perforada, la unidad de control para la supervisión de toda la máquina y la ejecución de las instrucciones, la unidad aritmética, y la de entrada/salida.

La Z1 era un sumador/restador de números de 22 bits en coma flotante, con un poco de lógica de control para que fuera capaz de operaciones más complejas como la multiplicación (por adiciones sucesivas) y la división (por sustracciones sucesivas). El juego de instrucciones del Z1 disponía de nueve instrucciones, cada una tomaba entre uno y veinte ciclos por instrucción.

La Z1 tenía una memoria de 64 palabras en coma flotante, en la que cada palabra de la memoria se podía leer y escribir por la unidad de control. Las unidades de memoria mecánicas eran únicas en su diseño y fueron patentados por Konrad Zuse en 1936, consistían en una serie de láminas metálicas dispuestas para hacer de condensadores. La máquina era sólo capaz de ejecutar instrucciones que leía del lector de cinta perforada, por lo que el programa en sí no se ha cargado en su totalidad en la memoria interna de antemano.

La entrada y la salida se mostraba en números decimales con exponente decimal, por lo que unidad contenía maquinaria especial para la conversión de números decimales hacia y desde números binarios. Las instrucciones de entrada y salida se leen o se escriben como números en coma flotante. La cinta del programa era una cinta de papel de 35 mm con las instrucciones codificadas en los agujeros perforados.

Especificaciones
Memoria: 64 palabras de 22 bits
Velocidad de reloj: 1 Hz
Registros: Dos registros de coma flotante de 22 bits cada uno
Unidad Aritmética: cuatro operaciones básicas (sumar, restar, multiplicar, dividir) para números binarios de coma flotante
Peso: 1000 kg
Velocidad media de cálculo: Suma en 5 segundos, multiplicación en 10 segundos
Área de aplicación: Prototipo
Entrada: Números decimales en coma flotante
Salida: Números decimales en coma flotante
Juego de instrucciones[editar]
La máquina disponía de 6 instrucciones únicamente, aritméticas y de manejo de memoria, faltándole instrucciones de comparación o salto:

Suma (3 ciclos de reloj)
Resta (4 o 5 ciclos de reloj dependiendo del resultado)
Multiplicación (16 ciclos de reloj)
División (18 ciclos de reloj)
Leer de memoria (1 ciclo de reloj)
Guardar en memoria (0 o 1 ciclo de reloj)
Reconstrucción[editar]
La Z1 original, junto con sus planos de construcción originales, fue destruida durante los bombardeos de Berlín por los aliados durante la Segunda Guerra Mundial, pero en 1986 y apoyado por la Universidad Libre de Berlín, Zuse decidió reconstruir la máquina. Usando algunas piezas del original, se construyeron miles de elementos de la Z1 de nuevo, y se terminó la reconstrucción del dispositivo en 1989. El reconstruido Z1 (en la foto) se muestra en el Museo Alemán de Tecnología de Berlín.

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