L’ordinateur mécanique Z1
Berlin, 1936. Konrad Zuse, un jeune homme de 26 ans, s’active dans l’appartement de ses parents. Cet ingénieur civil vient de quitter son poste chez l’avionneur Henschel où il travaillait comme calculateur. Il a une idée fixe : construire une machine capable d’automatiser les calculs mathématiques fastidieux. Sans le savoir, il s’apprête à écrire une page importante de l’histoire des calculateurs.
La naïveté technique joue en sa faveur. Il ignore tout des cartes perforées d’IBM ou des conceptions de Charles Babbage du siècle précédent. Vierge de toute influence, il repense l’architecture des machines calculantes depuis le début. Son premier choix technique est le système binaire, au moment où toutes les machines existantes fonctionnent en décimal. Sa machine séparera la mémoire de l’unité arithmétique, manipulera des nombres en virgule flottante et stockera 64 valeurs de 24 bits.
Le cœur du Z1 repose sur une invention surprenante. Plutôt que d’utiliser des engrenages classiques, Zuse fabrique des plaques métalliques qui coulissent dans un cadre. Un mouvement dans une direction symbolise un 1, l’absence de mouvement représente un 0. Ces plaques, empilées et connectées par des tiges verticales, forment des portes logiques purement mécaniques. L’unité arithmétique se divise en deux sections distinctes : l’une traite les exposants, l’autre les mantisses des nombres à virgule flottante. Quatre phases de calcul rythment l’exécution des micro-instructions, chacune associée à une direction cardinale.
Pour programmer son invention, Zuse réutilise de la pellicule de cinéma 35 mm. Il perfore ce film selon le code précis de huit trous par ligne d’instruction, dont deux pour l’opération et six pour l’adressage mémoire. Ses huit instructions couvrent les opérations arithmétiques élémentaires, les transferts mémoire, la saisie et l’affichage des résultats. Le Z1 sait aussi reconnaître des cas particuliers comme la valeur zéro (exposant -64) ou l’infini (exposant 63). Des circuits dédiés arrêtent la machine en cas d’opération invalide.
Cependant, la belle mécanique se heurte aux contraintes du réel. La coordination parfaite des milliers de pièces mobiles tourne au casse-tête. Terminé en 1938, le Z1 ne fonctionne jamais correctement. Les bombardements alliés de 1943 réduisent la machine en cendres, mais l’architecture survivra dans le Z3, version électromécanique à relais que Zuse construit en 1941.
Quarante ans plus tard, dans les années 1980, Konrad Zuse entame la reconstruction de son premier né pour le Deutsches Technikmuseum de Berlin. Cette réplique, achevée en 1989, profite des techniques de fabrication modernes : plus compacte, ses douze couches mécaniques contiennent environ 6 000 portes logiques. Malgré ces raffinements, la machine conserve les caprices de l’original et nécessite une surveillance constante.
Le Z1 est étonnamment à l’origine de nos ordinateurs actuels : architecture séparant calcul et mémoire (plus tard nommée « architecture von Neumann »), représentation normalisée en virgule flottante, système binaire. Ces caractéristiques impressionnent davantage quand on sait que Zuse n’avait ni formation en électronique ni connaissances approfondies en logique formelle.
La rareté des matériaux dans l’Allemagne d’avant-guerre força Zuse à optimiser chaque composant. Cette approche minimaliste contraste avec les projets américains contemporains comme l’ENIAC ou le Mark I de Harvard, qui bénéficiaient de budgets considérables et d’équipes nombreuses.
Si le Z1 ne constitue pas un ordinateur universel au sens strict défini par Turing – il lui manque notamment les instructions de branchement conditionnel – il marque néanmoins une rupture dans l’évolution des machines calculantes. Son architecture binaire et sa conception modulaire restent les fondations de l’informatique moderne. Il reste une anomalie, l’œuvre presque solitaire d’un visionnaire qui, par son ignorance des conventions établies, réinventa l’art du calcul mécanique au XXe siècle.