Lo Z3 che si trova al museo di Monaco di Baviera
IL PRIMO COMPUTER NACQUE IN GERMANIA, a BERLINO

Konrad Zuse nel 1942

L'ingegner Konrad Zuse cominci� i suoi studi a Berlino nel 1935. E consegu� brillanti risultati, anticipando di alcuni anni le macchine costruite dai colleghi statunitensi

di MATTEO SOMMARUGA

Gli studi sulla possibilità di risolvere con l'ausilio delle macchine i pesanti calcoli necessari all'ingegneria risalgono al periodo compreso fra le due guerre mondiali. I risultati si concretizzarono nella realizzazione dei calcolatori elettromeccanici, considerati i progenitori degli attuali computer. Contrariamente a quanto si crede, il primo di questi progetti in grado di soddisfare le caratteristiche di un moderno elaboratore non vide la luce nel campus di un'università americana, ma nel più modesto soggiorno di una famiglia berlinese.

Konrad Zuse, il suo inventore, dovette aspettare ancora molti anni prima che la comunità scientifica internazionale gli riconoscesse il merito di molte intuizioni, alcune delle quali vennero del tutto ignorate per dover poi essere riscoperte a distanza di decenni. Una sorte non migliore toccò del resto a Charles Babbage, il matematico inglese che a metà del XIX secolo avviò i primi tentativi in questa direzione. I suoi progetti non trovarono un'applicazione pratica dovendosi scontrare con problemi tecnici agli inizi dell'800 irrisolvibili, e il suo nome cadde nell'oblio.

Quando nel 1935 Zuse intraprese i primi esperimenti, non aveva nemmeno la vaga idea di ripercorrere una strada già battuta. Ne sarebbe venuto a conoscenza solo successivamente, quando un impiegato del Patent Office britannico gli mostrò alcuni disegni. In maniera analoga il giovane scienziato tedesco si trovava all'oscuro del lavoro che veniva compiuto quasi parallelamente in Germania e negli Stati Uniti. Egli stesso, mentre fra le mura di casa si dedicava allo Z1, la prima delle sue macchine, aveva deciso di mantenere segreto il progetto.

Ne erano al corrente solo gli amici più fidati, che quando lo aiutavano a recuperare il materiale necessario si riferivano alla costruzione di uno strumento per la misurazione, oggetto di un bando di concorso promosso dal Luftfahrtministerium, il Ministero dell'Aviazione tedesco.
Konrad Zuse era nato 26 anni prima, il 22 giugno del 1910, a Berlino. La famiglia era probabilmente originaria di Voigtshagen, in Pomerania, forse ugonotti emigrati in Germania per sfuggire alle persecuzioni cui erano sottoposti in Francia. Il padre, Emil, ricopriva una posizione amministrativa alle poste.
Nel 1912 Emil Zuse viene trasferito a Braunsberg, nella Prussia Orientale, dove lo segue l'intera famiglia. Il piccolo Konrad portava però con se il vivido ricordo della sopraelevata che si slanciava nel paesaggio della grande capitale. Terminate le scuole inferiori alla Evangelische Höhere Mädchen Schule, fu ammesso al Gymnasium Hosianum. La didattica all'interno dell'istituto, dove per un certo periodo aveva insegnato anche Weierstrass, uno dei più brillanti matematici tedeschi del XIX secolo, seguiva un'impostazione tradizionalista.

In quegli anni nasce l'amicizia con Herber Weber, che in futuro diventerà il suo primo finanziatore; Emil viene però nominato capo dell'Ufficio Postale a Hoyerswerda e la famiglia Zuse dovrà nuovamente trasferirsi. Konrad viene iscritto al più vicino, e moderno, Realgymnasium, dove l'insegnamento viene dominato dal nuovo concetto di Arbeitsunterricht, istruzione pratica.
Nello stesso periodo Zuse inizia a sviluppare le proprie abilità meccaniche e artistiche che lo accompagneranno per il resto della vita.

Nel 1927 consegue la maturità e si iscrive al corso di ingegneria meccanica presso la Technische Universität di Berlino-Charlottenbug. Come lui stesso scrive nella propria autobiografia i tempi per i sogni erano finiti. Aveva preso in affitto una piccola stanza nella capitale tedesca, che non aveva mai smesso di considerare come la propria vera casa, e ora doveva confrontarsi con la burocrazia e le dimensioni dell'ateneo.
Un ulteriore ostacolo era posto dallo scarso rilievo dato all'aspetto creativo, che Konrad definiva artistico, della progettazione. Di lì a breve avrebbe abbandonato l'ingegneria meccanica per quella civile. Contemporaneamente agli studi, la sensibilità artistica e in particolar modo l'inclinazione verso le arti figurate, avevano avvicinato il giovane Zuse all'Akademische Verein Motiv, una associazione universitaria nata nel 1847, principalmente composti da studenti di architettura e caratterizzata da una forte tradizione teatrale.

Alle rappresentazioni prodotte dal circolo, il grande scienziato contribuiva come attore, scenografo e autore degli effetti speciali ottenuti con macchine di sua invenzione. Un impegno che sarebbe stato ben presto ricambiato quando, dopo una breve esperienza durata meno di sei mesi alla Henschel, una società attiva nell'industria aeronautica, decise di allestire un laboratorio e dedicarsi alla costruzione di calcolatori. Era il 1935, Konrad Zuse si era da poco diplomato e la sua famiglia era tornata a Berlino, al numero 7 della Methfellstrasse.

Come era comprensibile i genitori, le cui possibilità economiche erano limitate, accolsero con un certo stupore l'idea del figlio, ma vollero comunque accordargli la propria fiducia concedendo per il suo scopo il soggiorno e due camere del proprio appartamento. Rimanevano i problemi finanziari e Emil Zuse, da poco ritiratosi in pensione, ritornò alle Poste ancora per un anno. Anche la sorella, Lieselotte, di due anni maggiore e laureata in scienze economiche, provvedeva alla sussistenza di Konrad e del suo progetto con l'intero stipendio.
All'aiuto della famiglia si aggiungeva quello di Herbert Weber, l'ex compagno di scuola conosciuto a Braunsberg, e dei colleghi dell'Università. Chi non poteva permettersi di contribuire con il proprio denaro, e furono raccolte diverse migliaia di Reichsmark, parteciparono attivamente alla costruzione di quello che sarebbe diventato lo Z1. A onor del vero il primo elaboratore della storia era nato con il nome di V1. La V, abbreviazione di Versuchmodell, o modello sperimentale, fu infatti sostituita soltanto in seguito dalla lettera Z, per evitare l'assonanza con i ben più micidiali missili frutto della ricerca bellica nazista.

Zuse aveva invece creato la propria macchina per risolvere in maniera automatica i lunghi calcoli che spesso impegnavano gran parte del lavoro degli ingegneri. Si trattava di un apparecchio programmabile, in grado di processare numeri in formato binario e le cui caratteristiche più apprezzabili, viste con il senno di poi, furono la netta distinzione fra memoria e processore. Questa architettura, che non venne adottata dall'ENIAC o dal Mark I, i primi computer realizzati negli Stati Uniti quasi dieci anni più tardi, rispecchia la definizione di calcolatore enunciata nel 1945 da John von Neumann.

Una ulteriore analogia con i moderni computer erano i numeri, codificati in binario, che Zuse chiamava sekundal, e immagazzinati utilizzando i tre campi di segno, esponente e mantissa. Lo stesso formato odiernamente accettato dall'IEEE, l'Institution of English Electrical Engineers, per il calcolo in virgola mobile. La memoria era limitata a 64 parole da 22 bit e i dati venivano inseriti attraverso schede perforate. Per un'addizione occorreva mezzo secondo e uno intero per una sottrazione, ma per una moltiplicazione ne impiegava ben tre e quasi il doppio per una divisione. Risultati la cui utilità potrebbe essere messa in dubbio al confronto dei Gigaflop e dei Terabyte cui il progresso tecnologico ha ormai portato a ragionare, ma del tutto apprezzabili alla vigilia della Seconda Guerra Mondiale. Effettivamente dai documenti lasciati dai primi collaboratori di Zuse emerge che ben pochi comprendevano i risultati ai quali avrebbe portato la loro opera.
I più erano semplicemente motivati dal legame di amicizia e dalla fiducia che riponevano nel collega. Fra costoro vi furono Hebert Weber e Rolf Pollems, Andreas e Roland Grohamann, Herbert e Hans Müller, Günter e Walther Buttmann, ma soprattutto Helmut Schreyer, il cui apporto fu determinante per il passaggio alla soluzione elettromagnetica. In effetti questa era già stata presa in considerazione in un primo momento, ma il progetto di Konrad Zuse avrebbe richiesto approssimativamente quarantamila relè per la sola unità di memoria.
Le risorse a disposizione erano ben più modeste e il problema fu risolto con una memoria meccanica. Incoraggiato dal successo, il giovane ingegnerie cercò di adottare lo stesso
approccio per le altre parti del sistema. Dopo circa due anni di inutili sforzi, dovette arrendersi all'evidenza e iniziare a pensare all'impiego dei relè utilizzati nell'industria telefonica. La decisione di affidarsi all'aiuto Schreyer, che aveva una certa conoscenza della teoria elettromagnetica, fu decisa da circostanze che possono apparire eccentriche.

Nei cinema era appena uscito King Kong e i Motiver avevano dedicato alla celebre pellicola una pantomima. Helmut interpretò la parte del pachidermico primate in maniera così realistica che agli occhi di Zuse apparve come l'uomo adatto per il proprio laboratorio. Quando Schreyer vide la macchina ebbe l'idea di introdurre i tubi a vuoto, all'epoca utilizzati come componenti per le radio. Con questa tecnologia, e dopo sei mesi di intenso lavoro, i due riuscirono a sviluppare un meccanismo in grado di rappresentare le operazioni di congiunzione, disgiunzione e negazione.
L'algebra correva in soccorso del grande scienziato e gli permetteva di realizzare una macchina programmabile. Per considerarsi affidabile, lo Z1 aveva bisogno di ulteriori modifiche e miglioramenti, ma i risultati ottenuti furono sufficienti a ottenere un finanziamento di 7.000 Reichsmark dal Dr. Kurt Pannke, proprietario di un'azienda di calcolatori. Parallelamente ai successi applicativi, Zuse stava approfondendo la propria conoscenza della logica matematica.

Intraprese lo studio delle opere di Hilbert, Frege e Schröder, ma soprattutto dell'algebra Booleana, il cui ruolo ricoperto nelle scienze informatiche è ora universalmente accettato, ma che era poco conosciuta nella Germania di allora. Allo stesso modo aveva iniziato a formulare i principi basi del suo Plankalkül, un linguaggio di programmazione a tutti gli effetti. Konrad aveva infatti maturato l'idea secondo cui il suo Z1 fosse in grado non solo di analizzare le relazioni fra i numeri inseriti, ma anche di giocare una partita a scacchi. La qual cosa era troppo anche per i suoi amici più fidati, ma che Paul Rojas, a oltre cinquant'anni di distanza, e solo dopo la morte dello scienziato, fu in grado di dimostrare.

Il Plankalkül sarebbe stato completato fra il 1943 e il 1945, ma comprendeva già i concetti di modularità inclusi nei moderni linguaggi di programmazione. Fra cui quello di variabili globali, ovvero visibili all'intero programma, e locali, leggibili solo da una funzione, le cui proprietà coincidevano poi con quelle di subroutine. A non venire trattata era soltanto la possibilità di distinguere fra i vari tipi di variabile, un numero intero piuttosto che reale. Dopo la Seconda Guerra mondiale Konrad Zuse cercò invano di diffondere le idee contenute nel Plankalkül, ma i suoi sforzi si rivelarono vani, il mondo accademico lo ignorò e molte di queste dovettero essere riscoperte.

Quando nel 1939 l'Europa fu scossa dagli avvenimenti che portarono al secondo conflitto mondiale, Zuse fu colto di sorpresa. Chiamato sotto le armi venne assegnato alla fanteria. Non venne mai impegnato in azione, ma dovette trascorrere sei lunghi mesi di vita militare. Pannke, lo stesso che aveva finanziato le sue ricerche, aveva inoltrato ai comandi la richiesta di congedo osservando come gli studi di Zuse potessero risultare vitali per l'industria aeronautica.
Il capitano della sua compagnia si dimostrò comprensivo, e successivamente gli mise a disposizione anche la propria camera, ma il maggiore che avrebbe dovuto approvare l'esonero rifiutò, meravigliato, il permesso. Konrad ne approfittò per approfondire quanto scritto nei propri diari negli anni precedenti, sulla logica matematica e sulla teoria generale della computazione. Aveva anche sviluppato una macchina per la codifica dei messaggi, ma gli fu risposto che già esisteva.

Il riferimento era a Enigma, contro la quale gli Alleati avrebbero messo in campo il formidabile Colossus.
Gli permisero però di raggiungere Berlino per discutere le proprie idee e fu infine assegnato alla divisione speciale F della Henschel, la stessa industria aeronautica per cui aveva lavorato pochi anni prima. Il suo contributo era richiesto per lo sviluppo dei nuovi modelli di armamenti. Nel tempo libero, il sabato e la domenica, poteva però dedicarsi ai propri interessi. Nel 1940 aveva già ultimato lo Z2, più che un miglioramento dello Z1 un prototipo sperimentale, ma pronto per la dimostrazione. Zuse contattò a quel punto il DVL, l'Istituto Tedesco per la Ricerca Areonautica, e gli fu risposto che il professor Teichmann avrebbe visitato il suo laboratorio.
La macchina funzionò senza presentare problemi e Konrad ottenne un contratto. Il prof. Bock, direttore tecnico, gli garantì dei fondi per lo Z3...
( nell'immagine di apertura - ricostruito e oggi a Monaco)

... già in fase di realizzazione, un modello molto più avanzato di quanto non fosse lo Z1. Completata nel 1941 e basata sulla stessa architettura del predecessore, la macchina impiegava approssimativamente tre secondi per una moltiplicazione, una divisione o una radice quadrata. Come lo Z1 aveva 64 parole di 22 bit e una memoria di 64 parole.

I risultati venivano visualizzati da una striscia di lampadine, inclusa la posizione della virgola.
Purtroppo non sopravvisse alle devastazioni della guerra. Nel 1944 fu distrutto nel corso di un raid aereo, ma la sua esistenza non era ancora considerata di importanza strategica. Poco dopo aver terminato la costruzione dello Z3, l'attività di Zuse fu nuovamente minacciata dall'evolversi degli avvenimenti. Le campagne condotte delle armate dell'Asse non avevano ottenuto i risultati aspettati e servivano nuovi rinforzi. Zuse venne nuovamente arruolato e inviato verso il fronte orientale, ma nel corso di pochi giorni venne nuovamente congedato e potè tornare alle proprie invenzioni.
Nuovamente alla Henschel, gradualmente riuscì a ottenere un posto part-time che gli permettesse di spendere la maggior parte del proprio tempo ai calcolatori.
Nacque lo Zuse Ingenieurbüro und Apparatebau, Berlin. Le difficoltà della guerra incombevano sul Reich tedesco e sia la scarsità di materiale che di uomini si faceva sentire. Zuse poteva contare sul contributo di alcuni colleghi, ma la maggior parte del personale era costituito da lavoratori non qualificati, soprattutto donne, ma anche malati mentali e disabili.

Il nuovo obiettivo era la costruzione dello Z4, una macchina ben più potente delle precedenti, caratterizzata dall'introduzione delle istruzioni condizionali e con una memoria di 1024 parole. Quest'ultima venne ricavata da elementi dello Z1 e dello Z2, ma il materiale a disposizione era ancora insufficiente. Spesso avveniva che Zuse e i suoi collaboratori si avventurassero per le strade di Berlino, devastate dalle incursioni giornaliere dell'aviazione alleata, alla ricerca di qualunque cosa potesse tornare utile. Lo stesso inventore asserisce nella propria autobiografia di aver testato diversi programmi nel corso di un bombardamento.
L'attività del padre dell'informatica era ormai stata riconosciuta come indispensabile per la guerra, ma le sorti del Terzo Reich iniziavano a vacillare e nei primi mesi del 1945, quando ormai lo Z4 poteva considerarsi terminato, il calcolatore dovette essere smontato per l'evacuazione. Zuse trasferì la propria strumentazione a Göttingen, ma le armate sovietiche e alleate proseguivano l'avanzata. Infine si diresse verso la Baviera. Con lui si trovavano una dozzina di collaboratori e la moglie Gisela, sposata nel mese di gennaio.
Il viaggio si concluse a Hinterstein, un villaggio in aperta campagna, dove il 7 maggio lo raggiunse la notizia della resa. Nascosto nello scantinato di una modesta abitazione, lo Z4 era probabilmente l'unico computer esistente in quel momento in Europa, ma l'incapacità di comprendere la portata dell'invenzione era tale che le truppe di occupazione vi dedicarono scarsa attenzione.

Fu segnalato da alcuni contadini, i quali avevano collegato il nome del V4, indicato su una targhetta, a quello di un'arma segreta, ma i militari USA, cui era stata assegnata la zona, se ne disinteressarono.
Il calcolatore rimase a Zuse che negli anni seguenti dovette mantenersi con la pittura. Lo Z4 fu infine consegnato, pur rimanendo di proprietà dell'inventore e dopo aver subito una serie di modifiche, alla Technische Universität di Zurigo. Quando venne avviato, il prof. Stiefel riconosceva in quel momento un avvenimento storico per la Svizzera. Zuse lavorò ancora per molti anni ai propri progetti, fondò la Zuse AG cui si deve la produzione di centinaia di computer e che verso la fine degli anni '60 fu acquisita da Siemens.
Il padre dell'informatica morì a Hünfeld, il 18 dicembre del 1995, in seguito a un attacco cardiaco.

Valido anche come pittore, qui il suo autoritratto

Testi di MATTEO SOMMARUGA

NOTA: l'autore desidera ringraziare il professor HORST ZUSE, figlio di Konrad, per la disponibilità dimostrata nel fornirgli alcune delle informazioni necessarie alla stesura di questo articolo.

Bibliografia
Der computer, Mein Lebenswerk, di Konrad Zuse - Ed. Springer Verlag, Heidelberg 1993
Freiheit und kausalität im lichte der rechenmaschine di Konrad Zuse, 1948
Der plankalkül, di Konrad Zuse 1972
The first computers, history and architectures di Raul Rojas e Ulf Hashagen - MIT Press, Cambridge, Mass. 1999

Ringrazio per l'articolo
(offerto a Cronologia)
il direttore di

vedi anche anno 1936 - ZUSE E ATANASOFF
e altre invenzioni per il computer (processore, linguaggi, modem ecc)

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