Konrad Zuse y la primera computadora: de la Z1 a la Z3

Konrad Zuse (Berlín, 1910 - Huenfeld, 1995) fue un ingeniero alemán al que se considera el inventor de la primera computadora electrónica digital totalmente funcional, la conocida como Z3, construida en 1941.

Sin embargo, la historia de la primera computadora no comienza con la Z3, sino con una serie de experimentos que Zuse desarrolló desde la década de 1930. Con recursos muy limitados y en un contexto social marcado por la incertidumbre y la adversidad, logró materializar máquinas capaces de realizar cálculos de manera automática, sentando las bases para lo que posteriormente evolucionaría en la computación moderna.

Quién fue Konrad Zuse

Konrad Zuse nació en Berlín en 1910 y murió en Hünfeld en 1995. Su formación inicial estuvo vinculada a la ingeniería civil, aunque durante sus años de estudiante también dudó entre dedicarse a la ingeniería y a la pintura, una de sus grandes pasiones desde muy joven.

Comenzó a estudiar ingeniería civil en 1927, en la Universidad Técnica de Berlín-Charlottenburg, aunque antes de llegar a licenciarse cambió hasta en tres ocasiones de disciplina. Cuando finalmente se decantó por la ingeniería no dejó de lado el arte. La venta de sus cuadros le sirvió para costearse los estudios universitarios.

La mente detrás de este gran hito es la Konrad Zuse, nacido el Berlín en el año 1910. Con una formación en ingeniería civil y una pasión por las matemáticas, Zuse combinó su curiosidad con unas ansias de innovación.

En 1935 obtuvo el título de ingeniero civil y se incorporó, casi de inmediato, a la empresa aeronáutica Henschel Flugzeugwerke, en la que realizó prácticas de diseño. En esa época la idea de construir una máquina que facilitase el trabajo de cálculo en el mundo científico ya rondaba su cabeza.

Una de las cosas que más detestaba de su profesión era la rutina y la pérdida de tiempo que suponía el tener que realizar innumerables cálculos matemáticos. “Los estudios de construcción civil eran aburridos” cuenta Horst Zuse y “los cálculos que tenía que hacer también eran aburridos.

El origen de la idea de una computadora

Las primeras notas acerca de la necesidad de crear una computadora datan, en los diarios de Zuse, de 1934. El mayor problema con que se encontraba era su falta de conocimientos de electrónica y transmisión.

“En 1934 y 1935 comienza a pensar en la manera de automatizar estos cálculos. No tenía apoyo alguno, los estudios fueron financiados por los padres”.

La motivación era sencilla: tenía que hacer una cantidad tremenda de cálculos. Zuse no buscaba perfeccionar las arcaicas calculadoras mecánicas basadas en el sistema decimal, sino diseñar una máquina que superase con creces a dichas calculadoras.

El desarrollo del Z1 estuvo intrínsecamente ligado al periodo social y económico en el que vio la luz: los avances científicos y tecnológicos estaban incrementándose y se comenzaban a sentar las bases para la emergencia de la informática ya no solo como disciplina, sino como industria.

A finales del siglo XIX y principios del XX, la invención de la electricidad, el teléfono y el telégrafo, junto con los primeros conceptos de máquinas analíticas propuestos por Charles Babbage, proporcionaron el contexto intelectual y tecnológico necesario para la creación del Z1.

De esta forma, en la década de 1930, marcada por la Gran Depresión y la inestabilidad política en Europa, ofreció un entorno socioeconómico y político desafiante, pero también muy propicio para la innovación en el sector de la computación.

La necesidad de optimizar y automatizar procesos, así como la búsqueda de soluciones tecnológicas para problemas complejos, impulsaron la investigación y el desarrollo en ese ámbito.

La construcción de la Z1

Zuse diseñó la primera computadora y su plan lógico en 1936. A esta máquina le dio el nombre de V1, aunque más tarde se lo cambiaría por Z1.

La maquina originalmente fue llamada V3 (Versuchsmodell 3 o Modelo Experimental 3), pero se le cambió el nombre para que no se confunda con el modelo alemán de arma conocido como el proyecto V3.

Desarrolló buena parte del trabajo en el salón de su casa, entre 1936 y 1938, puesto que no disponía del dinero suficiente para alquilar una nave industrial. La construcción de la Z1 fue un proceso muy humilde: Zuse pidió dinero prestado a sus padres, a su hermana Lieselotte, a algunos estudiantes de la fraternidad AV Motiv y a Kurt Pannkle, un fabricante de máquinas calculadoras de Berlín.

Con ese dinero, Zuse comenzó la construcción del ordenador en la sala de estar del apartamento de sus padres, llegando a renunciar a su trabajo en la construcción de aviones en 1936 para dedicarse a ello de manera íntegra.

La familia se deja llevar por la intuición y confía en el prometedor futuro de Konrad y muda sus horas de descanso a la cocina, donde una estufa a carbón abriga la espera y la incertidumbre.

Zuse estaba obsesionado con la idea de que las computadoras debían poder ser programadas de manera libre, lo que significaba que fueran capaces de leer y comprender una secuencia de instrucciones.

Características de la Z1

La Z1 fue el primer intento. “Él tenía en mente la construcción de una gran máquina - explica Zuse hijo - y se puso a pensar en qué sistema numérico le permitiría construir esta máquina.

Este primer prototipo de computadora era muy primario, ya que no utilizaba transmisores, sino una serie de láminas muy finas de metal que Zuse, junto a sus ayudantes, había creado y ensamblado con absoluta precisión.

La máquina consistía en una estructura de lata, llena de interruptores de dos posiciones. El aparato era totalmente electromecánico, compuesto de interruptores mecánicos y una memoria hecha a partir de láminas de metal.

La Z1 podía ser programada a través de tarjetas perforadas, hojas con información codificada en forma de agujeros.

Además, no tenía más que una unidad eléctrica formada por un pequeño motor, y su memoria estaba constituida en bloques y compuesta por sesenta y cuatro palabras, que contenían cada una veintidós bits.

La Z1 era plenamente funcional en 1938, dentro de sus lógicas limitaciones.

Sin embargo, los cálculos no llegaban a buenos resultados, aunque la memoria y los circuitos de circulación funcionaban bien. No obstante, las tensiones externas e internas en las piezas mecánicas provocaban que los cálculos realizados no fueran demasiado exactos.

Los interruptores se basaban en un principio sencillo, el de resumir grandes números en muchas operaciones simples: adiciones, sustracciones, multiplicaciones y divisiones de unos y ceros.

Lo que hacía Zuse era “calcular con latas”, construyendo el principio matemático de lo que hoy conocemos como “operaciones booleanas”, en las que se basan cosas tan cotidianas como los buscadores de Internet.

Él le llamaba “Schaltalgebra”, algo así como “álgebra de encendidos y apagados”, aludiendo a los circuitos compuestos de elementos metálicos que tenían contacto entre sí o lo perdían.

La evolución hacia la Z2

Zuse, al comprobar el éxito que había tenido, puso más empeño en el diseño y construcción del que sería su segundo prototipo, la computadora Z2.

Esta nueva máquina era una evolución de la anterior, puesto que utilizaba su misma memoria, pero incorporaba un total de ochocientos transmisores.

Zuse consiguió esta cantidad de transmisores en las compañías telefónicas -donde ya no se usaban-. Con ellos pudo construir las unidades aritméticas y de control.

El paso siguiente sería la nueva versión, la Z2, terminada en 1939, otro experimento que le permitiría indagar en lo realmente necesario para la construcción de una máquina pensante.

En 1939, Zuse sería llamado a hacer el servicio militar, aunque consigue ser liberado de él a cambio de continuar con sus investigaciones.

La Z3, la primera computadora digital automática

A pesar de las penurias a las que estaba sometida toda la población, Zuse terminó su prototipo en 1941, por lo que la Z3 se convertía en la primera computadora electrónica digital totalmente funcional.

En 1941 estaría terminada la primera computadora que funcionaba realmente “como relojito”: la Z3.

El Z3 fue construido por el ingeniero alemán Konrad Zuse y fue la evolución de dos máquinas anteriores: las Z1 y Z2.

Se convirtió en el primer ordenador binario programable y completamente automático, pero muchos detractores no lo consideran el primer ordenador por no ser de propósito general, y reducen el mérito a ser la primera máquina que operaba en binario.

Por todo ello, desde nuestro punto de vista, el Z3 se puede considerar como el primer ordenador binario programable y automático de la historia, y por ello debe ocupar el lugar que se merece en la historia.

Cómo funcionaba la Z3

La innovación de la Z3 consistió en sustituir los interruptores mecánicos por relés, dispositivos electromagnéticos que sustituían a los interruptores y que se componían de electroimanes y pulsadores sensibles al impulso eléctrico generado al activarse cada uno de ellos.

Estos pulsadores se ven como los pulsadores de un clavecín, y eran parte esencial del antiguo sistema telefónico análogo.

Basada en ingeniería electromecánica, la máquina Z3 contaba con dos mil trescientos relés y realizaba los cálculos con aritmética en coma flotante.

La Z3 fue terminada en 1941 con un apoyo “limitado”, según nos explica Zuse, de la Central de Experimentaciones Aeronáuticas (la DVL, Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt).

Zuse la define como “la primera computadora en el mundo que era programable de manera libre, basada en el sistema numerario binario y en la tecnología de interruptores binarios”.

La máquina podía guardar en su memoria hasta 64 números y podía realizar las operaciones matemáticas básicas.

No disponía de instrucciones de salto condicional, pero podía realizar bucles. En definitiva, podía realizar cálculos realmente complejos.

Aplicaciones de la Z3

El equipo fue instalado en el Laboratorio de Aviación Alemán en el mismo año de su creación, en 1941, siendo utilizada para calcular la aerodinámica en los diseños de aviones utilizados por Alemania en la Segunda Guerra Mundial.

Los investigadores del centro de investigación aeronáutica estaban ya interesados en esta máquina que realizaba cálculos de manera tan rápida y que podría colaborar en el lanzamiento y orientación de misiles.

“El apoyo que en algún momento mi padre pidió al gobierno para continuar trabajando en ese tiempo fue rechazado, porque los nazis estaban plenamente seguros de que iban a ganar la guerra, y argumentaron que seguir investigando en esta tecnología no tenía sentido”, explica Horst Zuse.

La máquina estaba basada en los componentes electromecánicos que ya se sabían que se encontraban en el camino de la extinción; el futuro era la electrónica.

Z3, ENIAC y la discusión sobre la primera computadora

Hubo una cierta discusión acerca de la paternidad de la computadora, ya que algunos autores consideraban que el inventor fue Zuse, mientras que otros le dieron la autoría al estadounidense Howard H. Aiken.

Los primeros ordenadores de la historia eran grandes máquinas que pesaban toneladas y ocupaban plantas enteras, llenas de relés y rodeadas de kilómetros de cables.

De aquellas máquinas gigantes de la informática eran muy conocidas las series «ENIAC», «UNIVAC», y «MARK».

Quizás el ordenador más famoso de aquella época fue el ENIAC, pero fue completada 4 años después que la Z3 de Zuse.

Y existían diferencias sustanciales entre ambas máquinas, mientras que ENIAC usaba válvulas de vacío, la máquina Z3 usaba relés, y ENIAC todavía era decimal y Z3 era binaria.

La comparación entre ambas máquinas depende, por tanto, del criterio utilizado para definir el término “primera computadora”. La Z3 destaca por ser binaria, programable y completamente automática, aunque algunos detractores cuestionan que fuera una computadora de propósito general.

La destrucción de las primeras máquinas

Zuse comprendió que la máquina podía mejorarse, pero que, pese a ello, él había puesto las bases para el desarrollo de la moderna computación.

Tenía claro que su próximo proyecto, la Z4, debía marcar la pauta para el desarrollo posterior de este tipo de aparatos.

Pero los bombardeos efectuados por las tropas aliadas sobre Berlín fueron un gran revés para Zuse, ya que destruyeron las tres primeras máquinas, la Z1, la Z2 y la Z3.

También perdió gran parte de sus diseños y de las fotografías de las máquinas.

Los planos de la Z3 fueron destruidos junto a muchas otras cosas a causa de un bombardeo en septiembre de 1943.

En el año 1943, la Z1 original fue destruida por los ataques aéreos aliados.

Poco antes de acabar la guerra, Zuse se encontró con una compañía destruida por las bombas y con el único consuelo de haber podido salvar la Z4, la más sofisticada de sus máquinas.

La Z4 y la continuidad del proyecto

Ante el cariz que tomaban los acontecimientos de la Segunda Guerra Mundial, y al comprender lo peligroso de permanecer en Berlín, decidió trasladarse a Gottinga con su máquina.

Allí continuó con sus trabajos en el laboratorio del Instituto Experimental de Aerodinámica.

Pero tampoco Gottinga se libró de los bombardeos aliados, por lo que Zuse tuvo que trasladarse de nuevo a una pequeña villa de Baviera llamada Hinterstein.

Allí pudo finalizar su tarea de construcción en el año 1946, a cuatro años de su comienzo, mucho después de lo que había previsto en un principio.

La máquina, mucho más sofisticada que las anteriores, era la primera computadora ideada para ser producida en serie.

Sin embargo, su fabricación quedó estancada por las consecuencias económicas de la guerra.

En 1945 mi padre escribe una carta a sus padres, que aún vivían en Berlín, diciéndoles: “Finalmente he terminado la máquina Z4, que hace los cálculos como siempre me imaginé.”

En el año 1950 Zuse decidió que la funcionalidad de la computadora debía ser probada en alguna institución científica, por lo que la envió al Instituto Politécnico Federal de Zúrich.

Plankalkül, uno de los primeros lenguajes de programación

Eran los comienzos de un lenguaje que se gestaba a tartamudeos. Zuse volvió a trabajar en sus investigaciones y se comenzaba a gestar el primer lenguaje computacional.

Plankalkül era su nombre. Algo así como “cálculo para proyectos” y llegaría a manifestarse de manera plena en la Z4.

Las computadoras se basaban en un lenguaje matemático de máquinas, muy complejo. Si usted quiere hacer una adición simple, como 5 + 7, eso es en realidad una serie de órdenes individuales para la máquina.

Si se quieren hacer cálculos más largos, entonces la funcionalidad se limita muy rápidamente. Entonces pensó que se necesitaba algo que simplificara el proceso.

Ésos son los traductores, que traducen las entradas de información en la máquina. Eso hizo él. Y llegó muy lejos.

El sofisticado programa que creó, llamado Plankalkül, aplicaba los estados puros para el cálculo numérico y utilizaba las reglas de la lógica matemática.

A pesar de que la versión final del programa ya estaba terminada en 1946, no fue publicada hasta 1972 en el Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeitung.

Gracias al lenguaje Plankalkül se pudo llegar a cosas muy interesantes, como la construcción de estructuras de datos, los números complejos, la tecnología para los programas de computación, cintas de datos, que las conocen todos al día de hoy.

Con la ayuda de este lenguaje, pudo llegar a solucionar el problema que le parecía más difícil, que era crear juegos de ajedrez computarizados, tableros de ajedrez programados y programar relaciones complejas.

La empresa Zuse KG

En 1940 Zuse había fundado su propia empresa en Berlín, la Zuse Apparatebau, para el desarrollo de sus máquinas.

Las restricciones que sobrevinieron con la guerra le obligaron a aceptar la financiación particular de sus amigos, así como la aportación económica del propio gobierno nazi.

En 1949 Zuse se estableció en la ciudad de Neukirchen, donde volvió a fundar su empresa de computadoras, ahora con el nombre de Zuse KG.

En un principio tuvo varios socios, pero más tarde decidió establecer una empresa familiar en la que sólo participaría su mujer.

La fundación de la compañía fue ciertamente relevante, al ser la primera empresa alemana dedicada a la fabricación masiva de computadoras.

En 1957 Zuse tuvo que trasladar la fábrica a Bad Hersfeld, ya que la antigua se le había quedado pequeña.

Sus investigaciones se centraban, en esos momentos, en el desarrollo de un lenguaje de programación para sus computadoras.

La reconstrucción de la Z3 y los problemas de patentes

A partir de 1949 y hasta 1964 Zuse estuvo enfrascado totalmente en el desarrollo de su fábrica, ya que se encontró con el problema de obtener las patentes de sus propias máquinas, destruidas durante la Segunda Guerra Mundial.

Ello le obligó a reconstruir la Z3, la más importante de las computadoras, entre 1960-1961, ya que ésta era la matriz para las siguientes.

Con la patente se quería asegurar los derechos sobre las máquinas que se construyeran en Alemania y en el resto del mundo, y para ello tenía que demostrar que eran funcionales cuando fueron destruidas.

La reconstrucción de la máquina tenía cinco metros de largo, dos de altura y ochenta centímetros de ancho.

Sin embargo, el tribunal de patentes alemanas no falló hasta el año 1967 y, cuando lo hizo, no fue a su favor, por lo que Zuse perdió una importante fuente de ingresos.

La tardanza del dictamen judicial le impidió hacer frente a las deudas que había contraído y no tuvo más remedio que vender su compañía a la Siemens AG, donde se le concedió un puesto de consejero, que ocupó hasta 1969.

La reconstrucción de la Z1

En 1986 y apoyado por la Universidad Libre de Berlín, Zuse decidió reconstruir el dispositivo.

Para ello, utilizó los bocetos de la computadora original, junto a algunas piezas que recuperó de ese primer modelo, aunque la gran mayoría de los elementos eran nuevos.

En 1989, el dispositivo se terminó, de forma que actualmente está expuesto en el Museo Alemán de Tecnología de Berlín.

Hay una réplica de este modelo en el Museo de Tráfico y Tecnología de Berlín.

El legado científico y artístico de Konrad Zuse

A pesar del revés que supuso la sentencia de los tribunales, el mundo científico reconoció a Zuse como el inventor de la primera computadora digital automática completamente funcional.

La importancia de Zuse en el campo de la ingeniería y de la ciencia en general quedó reflejada en los innumerables reconocimientos académicos que recibió a lo largo de su vida.

En 1965 se le otorgó el Premio Siemens de Alemania, el galardón tecnológico más importante del país y uno de los más significativos del mundo.

Ese mismo año recibió, en Las Vegas, el Harry Goode Memorial Award junto a Stibitz.

Asimismo, Zuse fue investido doctor honoris causa por numerosas universidades alemanas y europeas.

Desde entonces Zuse se volcó en la pintura y la redacción de su autobiografía.

Desde el año 1964 y hasta 1970 expuso en algunas de las más importantes galerías alemanas bajo el seudónimo de Kuno See, puesto que no deseaba que se relacionase su pintura con sus inventos en el mundo de la ingeniería.

Terminó la redacción de su autobiografía en el año 1970.

En ella afirmaba, de forma metafórica, que el universo consistía en millones de microordenadores que trabajaban en paralelo.

Para Hadwig Dorsch, del Museo Alemán de Tecnología en Berlín, la contribución de Zuse a la tecnología en Alemania es un desarrollo que fue más allá de las condiciones históricas específicas.

Para Dorsch, “Zuse era una persona muy creativa y con un gran talento artístico. Él pudo reconocer muchas estructuras del mundo.

Por eso estaba convencido ya en 1936 que con la ayuda de una máquina de este tipo alguna vez sería posible calcular todo aquello susceptible de ser expresado a través de fórmulas matemáticas, específicamente algoritmos.”

El Dr. Raúl Rojas, de la Universidad Libre de Berlín reconstruye sus computadoras con los medios de hoy y colabora con Zuse hijo en algunos proyectos, como la digitalización de la memoria de Konrad Zuse.

“Mi motivación fue más que nada un interés personal, saber de dónde vienen las computadoras, es decir, quién las creó y en qué condiciones, tanto en Europa como en Estados Unidos.

Cuando estudié un poco más acerca de Zuse me di cuenta de que nadie realmente sabía cómo funcionaban las máquinas, así que me puse a entenderlas y de ahí salieron algunos trabajos”.

“La obra de Zuse no fue conocida más que hasta los años 50 - explica Rojas - y mucho más tarde en otros países, así que no ha tenido ningún impacto directo en América Latina.

A veces, se hace necesario retroceder en el tiempo para poder apreciar y comprender todo lo que hoy en día consideramos como “esencial” o “cotidiano”.

tags: #konrad #zuse #primera #computadora