Esimene programmeeritav arvuti Z3 teenis 70 aastat tagasi Saksa sõjalennukeid
Viis aastat hiljem valmis juba esimene programmeeritav töökorras arvuti Z3, mis küll liitlaslennuväe poolt paari aasta pärast puruks pommitati, kirjutab Tarkade Klubi.
Konrad Zuse õppis algul klassikalises gümnaasiumis, kus ta kõige rohkem vihkas ladina keelt. Nagu ta oma autobiograafias kirjutas, olla ladina keele õpetaja olnud ainuke mees, kelle ees Zuse värisenud. Üleminek reaalgümnaasiumi vabastas Zuses insenerliku mõtlemise ja kunstnikuloomuse. Nutika noorena oli ta omavanustest kaks klassi ees.
Pärast kooli lõpetamist kõhkles Konrad, kas valida edasiõppimiseks kunstiakadeemia või tehnikaülikool. Praktilise inimesena valis ta ehitusinseneri eriala ja konstrueeris õppeprojektidena mitmesuguseid mehaanilis-optilisi seadmeid. Just siis arvutuste kergendamiseks valminud Z1 näol oli tegu mehaanilise releemasinaga, mille elementideks olid sajad metallplaadid, mida sõbrad aitasid libedaks lihvida.
Zuse realiseeris oma vanemate korteri elutoas esimese reaalselt töötava programmeeritava kahendarvuti maailmas. Z1 ja Z2 olid katseeksemplarid ega töötanud eriti stabiilselt.
II maailmasõja alguses mobiliseeriti Konrad loomulikult sõjaväkke. Ta üritas vabaneda sõjaväest ja arendada oma arvutit edasi, kuid tema otsene majorist ülemus küsis Zuse käest, kui kaua tal selle lennundust abistava riista ehitamiseks aega kulub. Kuuldes, et vähemalt kaks aastat, oli majori vastus lühike «Ma ei saa aru, mida te üldse tahate. Saksa lennuvägi on maailma parim. Kahe aasta pärast on sõda võidetud ja teie arvutusi pole enam üldse vaja!» Nii jäigi Zuse sõjaväkke edasi.
Poole aasta pärast ta siiski vabastati armeest, aga mitte arvutiehituseks, vaid lennukitööstuse insenerina. Nii saigi õhtuse kodutööna lõpuks teoks praeguse juubilararvuti Z3 ehitamine ja käivitamine. Vahepeal ehitas ta tööl raketitrajektooride kontrollarvuteid (S1 ja S2), mis töötasid ilma remondita reaalajas paar aastat jutti!
Z3 tehnilisi näitajaid vaadates (loe lisalugu) võib näida, et nii väheste võimetega riistapuuga pole suurt midagi peale hakata. Tegelikkuses kasutati Z3 lennukite tiibade ja sabakonstruktsioonide vibratsiooni (nn flatteri) arvutamiseks. Vibratsiooniarvutused olid lennukite konstrueerimisel väga oluline ja töömahukas osa. Tegemist oli kompleksarvuliste determinantide väärtuste arvutamisega, mille käsitsiarvutused olid üpris vastikud ja tõid kaasa hulganisti ohtlikke vigu.
Sakslased mõtlesid II maailmasõja ajal välja isegi omapärase organisatsiooni, et end arvutusvigade eest kaitsta. Suurte konstrueerimisbüroode juures olid terved saalid täis näitsikuid, kes laudade taga istusid ja neile ette antud arvutusi käsitsi tegid. Kõik arvutused tehti saalis hajutatult kahe- ja kolmekordselt. Laudade vahel liikusid kindla skeemi kohaselt arvutuste organiseerijad, kes teadsid täpselt arvutuste jaotusskeemi ning korjasid kindla ajavahemiku möödumisel arvutustulemused kokku.
Kui võrdlemisel vähemalt kaks arvutust kolmest klappisid, siis võeti arvutus vastu, ebaklapi korral tuli arvutus korrata. Oluline oli, et kordusarvutust ei antud samade inimeste kätte, kes varem eksisid. Nimelt sama arvutust korrates on küllalt suur tõenäosus sama viga uuesti teha.
Siin oli tegu omalaadse inimarvutiga, kaasaegses terminoloogias võiks seda ehk isegi ristida inimsülemarvutiks, mille juhtimine oli organiseeritud saksaliku täpsusega. Süsteemi efektiivsusest hoolimata olid lennundusinstituudi professorid õige õnnelikud, kui nad Zuse Z3 arvuti said, mis kompleksarvuliste determinantide arvutamist hoopis kiiremini ja kindlamini tegi.
Zuse arvutusmasin Z3 siiski arvutustehnika pöördepunktiks ei saanud, sest taolise arvuti hind oli õige kõrge – 50 000 tollast riigimarka. Kasutajad olid peamiselt lennunduse erialalt.
Zuse järgmine arvuti Z4 valmis ja tegi oma esimese ametliku etteaste Göttingenis 28. aprillil 1945. Z4 oli oluliselt võimsam arvuti, 1024 mälupesaga ja täieliku programmjuhtimisega ning võeti ametlikult kasutusse mõni kuu enne ameeriklaste UNIVAC-arvutit, olles esimene kommertsarvuti maailmas.
Selle arvutiga põgenes Zuse 1945. aastal Vene vägede eest Baieri Alpidesse, rentides selle hiljem Šveitsi Tehnikaülikoolile. Arvuti oli nii usaldatav, et jäeti ööseks rahulikult üksinda arvutama.
Kõrvalpõikena meenutan, et nõukogude arvutid nõudsid kogu oma eluaja jooksul väga hoolsat ja pidevalt valvavat insenerikätt, et mõistlikke tulemusi saada.
Ometi jäi Konrad Zuse hinge kibedus surmatunnini. Miks? Ta taotles juba 1941. aastal oma Z3 arvutile patenti. Saksa kohus uuris asja neile omase põhjalikkusega ja otsustas alles 1967. aastal, et patent jääb «vähese leidurluse astme» tõttu välja andmata!
Zuse müüs oma väikefirma Siemensile maha ning pühendas edasise elu maalikunstile ja väga üldise ning võimsa programmeerimiskeele Plankalkül edasiarendamisele. Mõnikümmend audoktorikraadi peamiselt Euroopa ülikoolidelt ei suutnud ilmselt oluliselt mahendada ta pettumust.
Tööpõhimõtted: kuidas töötas Z3?
Andmed loeti arvutisse kaheksarealiselt perfolindilt või otse klaviatuurilt. Arvuti oli üheaadressiline. Näeme, et arvutuslikult oli tegu sellise arvutiga, mis Eestisse jõudis alles 1959. aastal.
Elektrimootori poolt ringi aetav juhttrummel tegi sekundis 5,3 pööret, see määras ka arvuti töökiiruse – 5,3 Hz.
Arvuti sõna oli 22bitiline, millest 1 bitt oli märgi jaoks, 7 bitti andsid arvu järgu ning 14 viimast bitti arvu numbrikohad. Arvutis oli 2400 releed, millest 600 kulutati arvutuste organiseerimiseks ja 1800 mälu jaoks. Z3 mälu suurus oli 64 pesa. Voolutarve seadme käigushoidmiseks oli 1000 vatti. Kogukaal 1 tonn. Konrad Zuse vanemate korteri kohta oli see päris paras kolakas.
Kahe arvu liitmine võttis keskmiselt aega 0,8 sekundit, kahe arvu korrutamine aga juba 3 sekundit.
Käsusüsteem oli praeguses mõistes õige lihtne, aga ajas asja ära. Ning käsusüteemis kuudus käsk suunamiskäsk (GoTo). Töö toimus perfolindiga sisestatavate käsuvoogude abil, nö. valikuharude kaupa. Alles 1998. aastal tõestas professor Raúl Rojas, et osavalt lõpliku arvutustäpsusega mängides on see elektromehaanilise seade Z3 siiski Turingi arvuti võimsusega.
Z3 põhiline iseloomustus oli see, et kogu arvutussüsteem ja mälu oli ehitatud kahes seisundis olevatele releedele. Kui relee ei saanud kuuevoldilist voolu, siis ta oli ühes seisundis. Kui aga releesse vool sisse lasti, siis klõpsas ta teise asendisse.
Kui näiteks kahes järjestikku paiknevas relees oli vool sisse lülitatud mõlemas elemendis, siis sulgus vooluring ja tulemuseks oli «1». Kõigis muudes lülitusvariantides oli tulemuseks «0».
Taskuarvuti - lükatite häving
Revolutsioon, mis Zuse arvutil jäi tegemata, saabus mõni aeg hiljem ja hoopis teistmoodi. Veel kolmkümmend aastat pärast Z3 loomist kasutasid insenerid korrutamise ja jagamise peamise abivahendina logaritmiliste skaaladega arvutuslükateid, mis asendasid korrutamise liitmisega.
Maailma parim arvutuslükati pärines Hamburgi firmalt ARISTO. Selle skaalad olid ülima täpsusega kalibreeritud. Tavalükati (pikkusega 25 sentimeetrit) võimaldas arvutada kolme-nelja tüvikohaga. Kui veel kasutada nooniuse (nihiku) printsiipi, siis õnnestus isegi viis-kuus tüvikohta lükatist välja pigistada.
1974. aasta jaanuaris pidas jõukas ARISTO firma maailmavallutuslikke plaane ja kavandas igasse maailmajakku uue vabriku ehitamist. Juunis 1974 oli aga firma juba praktiliselt pankrotis. Miks? Vastus oli väga lihtne. Kevadel 1974 tulid müügile esimesed pooljuhtidele ehitatud taskuarvutid igati taskukohase hinnaga. ARISTO väga kallid lükatid asendusid odavate taskuarvutitega. (Muide, eBay-s on paremate ARISTO lükatite hind praegu üle 100 euro!)
ARISTO saatus on tüüpiline selles mõttes, et uus tehnoloogia hävitab sageli vana ning õitseva käibesüsteemi. Meenutame, et kadunud on voorimehed, purjelaevade madrused, masinakirjutajad ja isegi perforeerijad. See on evolutsioonilise arengu paratamatu kaasnähtus.
Jälgi Forte uudiseid ka Twitteris!